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低周反复水平荷载作用下方钢管混凝土柱损伤模型的研究

作　者: 阎宇
导　师: 徐培蓁
学　校: 青岛理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 钢管混凝土(CFT)柱损伤模型损伤因子轴力作用下低周水平反复加载 abaqus模拟
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

建筑物在地震作用下将受到不同程度的损伤和破坏,但这种破坏并不是一次就完成的,而通常是由于结构的损伤累积到一定程度后引起的。由于经济的原因,建筑物的抗震设计遵循“大震不倒,中震可修,小震不坏”的原则,即要求结构在地震作用下,允许产生一定的损伤。结构的损伤累积无疑将对建筑物在后续服役期中的抗力和剩余寿命产生重要影响。然而,由于问题的复杂性和人类认识的局限性,迄今为止,人们对于钢管混凝土(本文记为CFT----Concrete Filled steel Tube)框架结构抗震设计中较少考虑到结构损伤累积的影响。因此,考虑CFT柱在地震作用下损伤累积效应,对提高CFT框架结构的抗震能力和充分发挥其力学性能都有很大的意义。CFT框架结构是一种新型结构体系,凭借其良好的抗震性能、较高的承载能力、显著的经济效益等优点,在高层、大跨结构中得到越来越多的应用。但是,长久以来,对于CFT的研究只侧重于构件本身受力性能和框架整体性能,少有对地震力作用下CFT构件损伤性能的研究,至于关于地震作用下CFT柱损伤模型的研究则更是少之又少。地震力作用下CFT柱损伤模型的确定,是制定合理的CFT框架整体屈服机制的重要基础之一。本课题利用计算机模拟与试验结合的途径,试提取地震力作用下CFT柱的损伤模型,期望可以清晰了解CFT柱在水平反复荷载作用下的损伤状态,为合理设计CFT框架结构创造基础性条件和理论保证。为实现地震作用下CFT柱损伤模型的普适性,本文在对这一领域现有的研究成果比较分析的基础上,利用有限元软件abaqus,结合试验,模拟并研究了不同参数控制下,例如:幅厚比(D/t)、长细比(λ)和轴压比(n),CFT柱的屈服位移与累积位移、屈服能量与累积耗能之间的关系,进而通过合理地公式模型拟合得到损伤因子α,β。一旦正确建立了CFT柱在地震力作用下的损伤模型,那么就能够准确地描述了构件从未损伤到完全损伤过程中构件的损伤程度,为更充分利用CFT的力学性能和抗震性能提供了理论保证,使CFT框架结构的设计更为安全、经济、合理,这些都将具有重要的学术意义和广阔的应用前景。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-11
第一章绪论  11-25
  1.1 引言  11
  1.2 钢管混凝土研究概况  11-13
  1.3 累积损伤的研究  13-21
    1.3.1 引言  13
    1.3.2 关于结构的累积损伤  13-14
    1.3.3 损伤模型  14-21
  1.4 课题来源及工作简介  21-25
    1.4.1 课题来源  21-24
    1.4.2 主要工作  24-25
第二章：材料基本数据  25-40
  2.1 本构关系概述  25
  2.2 钢材的本构关系  25-26
    2.2.1 材质实验  25-26
  2.3 混凝土的本构关系  26-27
    2.3.1 引言  26-27
    2.3.2 混凝土材质实验数据  27
  2.4 abaqus 中的damage plasticity model 模型  27-40
    2.4.1 概述  27-28
    2.4.2 模型力学性能  28
    2.4.3 单轴拉应力和单轴压应力性能  28-31
    2.4.4 单轴循环荷载作用下的力学性质  31-33
    2.4.5 多轴应力下力学性能  33-34
    2.4.6 破坏应力应变关系  34-36
    2.4.7 damage plasticity model 模型中基本参数汇总  36-37
    2.4.8 屈服函数  37-39
    2.4.9 单元  39-40
第三章 abaqus 模拟  40-75
  3.1 建模  40-44
    3.1.1 模型基本设计  40
    3.1.2 构件在abaqus 中的建立  40-42
    3.1.3 模型选取  42-44
  3.2 计算结果  44-75
    3.2.1 验证模型的可靠性  44-46
    3.2.2 abaqus 模拟CFT 在低周反复水平荷载下的计算结果  46-70
    3.2.3 abaqus 模拟结果与实验结果的比较  70-74
    3.2.4 小结  74-75
第四章：建立低周反复水平荷载作用下CFT 的损伤模型  75-80
  4.1 损伤模型  75-76
  4.2 拟合模型参数曲线及模型初步确定  76-79
    4.2.1 计算方法  76-77
    4.2.2 计算结果比较  77-79
  4.3 小结  79-80
第五章：结论与展望  80-82
  5.1 结论  80-81
  5.2 展望  81-82
参考文献  82-87
致谢  87

低周反复水平荷载作用下方钢管混凝土柱损伤模型的研究

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