基于显式算法的纤维梁柱单元模型

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1、第28卷第12期Vol.28No.12工程力学2011年12月Dec.2011ENGINEERINGMECHANICS39文章编号：1000-4750(2011)12-0039-06基于显式算法的纤维梁柱单元模型1,2*1,2禚一，李忠献(1.天津大学建筑工程学院，天津300072；2.滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学)，天津300072)摘要：为精细模拟钢筋混凝土桥梁的强非线性行为，利用显式中心差分法，建立一种基于显式算法的纤维梁柱单元模型，并引入到前期建立的纤维梁柱单元实用模拟平台FENAP中。采用该显式单元

2、模型，分别对一钢悬臂梁进行滞回特性分析和对一钢筋混凝土桥墩进行推覆分析，并将计算结果与采用FENAP隐式单元模型和采用OpenSEES软件纤维模型的计算结果进行对比分析。结果表明，所建立的FENAP显式纤维梁柱单元模型可有效模拟材料软化行为，避免由结构负刚度所引起的不收敛，且计算精度较高，为长大桥梁结构倒塌分析提供了一种实用手段。关键词：钢筋混凝土桥梁；非线性行为；纤维梁柱单元；显式算法；材料软化；结构负刚度中图分类号：TU352文献标志码：AEXPLICITALGORITHM-BASEDFIBERBEAM-COLUMNELEM

3、ENTMODEL1,2*1,2ZHUOYi,LIZhong-xian(1.SchoolofCivilEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China;2.KeyLaboratoryofCoastCivilStructureSafety(TianjinUniversity),MinistryofEducation,Tianjin300072,China)Abstract:InordertosimulatethestrongnonlinearbehaviorofRCbridgespr

4、ecisely,anexplicitalgorithm-basedfiberbeam-columnelementmodelisconstructedusingtheexplicitcentraldifferencemethodandintroducedintotheFENAPplatformbuiltpreviously.ThehystereticanalysisofasteelcantileverbeamandthepushoveranalysisofaRCbridgepierareperformedrespectivelyu

5、singtheexplicitfiberbeam-columnelement,andthecalculatedresultsarecomparedwiththatusingtheimplicitfiberbeam-columnelementofFENAPandthefiberelementofOpenSEES.Itisindicatedthatthematerialsofteningbehaviormaybesimulatedeffectivelyandthenonconvergenceduetostructuralnegati

6、ve-stiffnessmaybeavoidedwithhighprecisionusingtheproposedexplicitfiberbeam-columnelementmodelwhichprovidesapracticaltoolforthecollapseanalysisoflargebridges.Keywords:RCbridge;nonlinearbehavior;fiberbeam-columnelement;explicitalgorithm;materialsoftening;structuralnega

7、tive-stiffness近年来，随着对大型复杂结构在强震作用下倒系出发得到单元乃至整个构件的非线性性能，可较塌过程模拟分析的深入，结构梁、柱构件的精细化准确模拟构件刚度退化、强度退化等损伤效应以及[8]建模显得尤为重要，受到学术界的高度关注。目前，轴力和弯矩耦合效应等复杂非线性力学行为，已结构梁、柱构件精细化模拟模型主要有三维实体模成为结构精细化模拟的必要手段，得到广泛应用。[1][2―4][5―7]型、塑性铰模型和纤维梁柱单元模型。其强震作用下结构进入强非线性阶段，材料软化中，纤维梁柱单元模型直接从截面内纤维的本构关和结构

8、负刚度问题突出。目前，采用纤维梁柱单元———————————————收稿日期：2010-03-22；修改日期：2010-05-30基金项目：国家自然科学基金重大研究计划重点支持项目(90715032)；国家自然科学基金重大国际合作项目(51021140003)；