基于各向异性的钢筋混凝土梁结构非线性有限元分析

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混凝土结构广泛应用于土木建筑工程各个领域中,研究混凝土结构具有重大的意义和现实价值。钢筋混凝土由多种材料组成,考虑其各向异性的特征,分析其受力变形等结构信息,将会更加确切地得到钢筋混凝土结构的真实状态。过去钢筋混凝土结构的研究主要是基于线弹性理论,而钢筋混凝土结构在非线性情形受力特征更加符合实际情况,另外非线性有限元法可提供大量的结构反应信息。运用大型通用软件ANSYS分析钢筋混凝土结构构件在非线性情形下的裂缝、承载力、变形,可深化分析研究非线性有限元法在钢筋混凝土中的作用。结合三角形三结点单元的特征,按GUI设计特点,分析编制了MATLB程序,为有限元的基本计算提拱简单便捷的途径。本文的工作主要有如下几个方面:   1.考虑材料的正交各向异性,推导出钢筋混凝土悬臂梁在均布荷载作用下的挠度方程和转角方程,并求出其最大的挠度。分析了配筋率同挠度变形的关系,分析了正交各向异性对弹性模量、剪切模量和泊松比的影响。   2.考虑材料的正交各向异性,推导出三角形三结点的单元刚度方程刚度值的具体解法。在非线性理论分析中,考虑各向异性情形更加体现混凝土材料的性质。从结果可以看出刚度矩阵是与两主方向的弹性模量相关的。   3.分析了钢筋混凝土的本构关系和破坏准则,总结了广泛应用在非线性有限元中的本构模型和破坏模型。分析了钢筋与混凝土的粘结机理,并且总结了粘结力的类型。根据有限元的基础理论,归纳了三角形三结点平面单元和四结点平面等参单元。   4.根据两工程实例,运用非线性有限元法求解了一工程实例:运用迭代法、增量法计算了-工程实例。   5.运用ANSYS模拟分析了钢筋混凝土简支梁,通过非线性的分析,进一步理解非线性行为下的钢筋混凝土结构受力特征,并结合《钢筋混凝土结构设计规范GB50010-2002》进行比较说明。   6.编制的MATLAB的GUI可视化程序,该程序适应小型的平面有限元计算,适用性强。且不限制结点个数,开放程序,可进行维护。针对三角形三结点有限元进行分析,方便实用。
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