基于组合多点约束法的钢筋混凝土构件多尺度建模分析

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1、硕士学位论文基于组合多点约束法的钢筋混凝土构件多尺度建模分析MULTI-SCALEMODELINGANALYSISOFREINFORCEDCONCRETECOMPONENTBASEDONCMPCMETHOD吴宇星哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号：TU311学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工学硕士学位论文基于组合多点约束法的钢筋混凝土构件多尺度建模分析硕士研究生：吴宇星导师：滕军教授申请学位：工学硕士学科：土木工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInd

2、ex:TU311U.D.C:624AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheacademicdegreeofMasterofEngineeringMULTI-SCALEMODELINGANALYSISOFREINFORCEDCONCRETECOMPONENTBASEDONCMPCMETHODCandidate：WuYuxingSupervisor：Prof.TengJunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineering

3、Speciality：CivilEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：Dec,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要结构在荷载作用下的破坏一般源于细观尺度的材料失效，进而宏观尺度的整体结构因局部破坏而失去承载能力。针对结构的跨尺度失效过程，多尺度分析理论通过建立不同尺度的单元模型，可以同时模拟结构的宏观整体行为和局部细观破坏，并提高计算效率。但是，目

4、前的一致多尺度模型往往采用单一的多点约束方法建立，存在界面过约束和结构非线性分析受限等问题。本文针对结构一致多尺度界面约束关系，建立了基于位移和能量的组合多点约束法；并运用钢筋混凝土构件非平截面应变函数，对非线性阶段的组合多点约束方程进行了优化；同时，通过多尺度构件粘结滑移性能模拟，验证了考虑滑移作用后组合多点约束法的有效性。主要成果有以下几方面：一致多尺度组合多点约束方法研究。针对模型复杂受力下单一多点约束方法存在的约束不合理问题，通过位移方程和能量方程在界面不同自由度方向的联立，建立了基于位移和能量的组合多点约束法（CMPC），并推导了典型

5、多尺度连接的组合约束方程表达式。通过钢筋混凝土多尺度模型受力分析，证明CMPC法符合界面节点变形约束关系，提高了钢筋混凝土构件塑性阶段的多尺度模型精度。基于非平截面的CMPC法优化研究。运用弯矩-轴力作用下的混凝土非平截面应变函数，对平截面组合约束方程进行了分阶段修正。通过算例屈服前和屈服后两阶段分析，非平截面CMPC方程符合受弯构件塑性阶段的截面变形规律，可以有效改善结构细观和宏观变量的计算精度。基于钢筋混凝土结构等效塑性铰理论，分析了非平截面位置的选择对于多尺度模型计算精度的影响，得到了框架柱多尺度模型的合理界面选取范围。考虑粘结滑移的CM

6、PC多尺度模型性能分析。基于钢筋粘结滑移本构关系建立粘结滑移单元有限元模型，研究钢筋滑移作用下CMPC法多尺度模型的力学性能。通过建立对比模型，分析了钢筋滑移对多尺度界面细观特性和结构宏观特性的影响，结果表明多尺度模型破坏形态与精细模型基本吻合，证明了考虑钢筋滑移作用后CMPC法界面约束关系的有效性。关键词：多尺度模型；界面连接；组合多点约束法；非平截面变形；粘结滑移-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThedamageofthestructureunderloadisusuallycausedbylocalmaterialfa

7、ilure,andthentheoverallstructureisdestroyedbylocaldamage.Aimingatthecross-scalefailureprocessofthestructure,themulti-scaleanalysiscansimultaneouslysimulatethemacro-overallbehaviorandlocalmicro-damageofthestructure,andimprovethecomputationalefficiencybyestablishingtheunitmode

8、lswithdifferentscales.However,thecurrentmulti-scaleinterfaceconstraintrelat