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混凝土材料最重要的特性之一是它的抗拉强度很低,在很多情况下混凝土结构是带裂缝工作的。裂缝引起周围应力的突然变化和刚度降低,对结构物的使用性能和耐久性会产生很不利的影响,是钢筋混凝土非线性分析的重要因素。多年来的研究表明,混凝土受力变形和破坏过程与其内部裂缝的发展相关联。因此,对裂缝处理的适当与否是能否正确地分析钢筋混凝土结构的关键问题之一。
钢筋混凝土非线性有限元分析能够给出结构内力和变形发展的全过程;能够描述裂缝的形成和扩展,以及结构的破坏过程及其形态;能够对结构的极限承载能力和可靠度做出评估;能够揭示出结构的薄弱部位和环节,以利于优化结构设计。对实际工程的分析设计、设计及施工具有重要的指导意义。
论文基于Darwin和Pecknold的增量正交异性混凝土本构模型,对其等效单轴应力应变曲线加以改进,并考虑了受拉混凝土应力应变曲线的下降段。钢筋混凝土的有限元模型采用了组合式模型,钢筋与混凝土采用4节点平面复合单元,摆脱了复杂的粘结关系。将薄层单元模型应用于论文中模拟钢筋混凝土裂缝。采用增量变刚度迭代法进行非线性问题的求解,使用运算速度较快,数值计算稳定性好的因子式法进行求解线性方程组。在这些工作基础上,运用F90语言,编制了钢筋混凝土非线性有限元的分析程序;而且,利用ANSYS软件对试验梁进行了模拟分析。程序分析与ANSYS模拟分析的结果与试验情况吻合良好。