基于纤维模型的钢筋混凝土结构动力弹塑性分析精选.pdf

第5 卷 第2 期 震灾防御技术 Vol. 5, No. 2 2010 年6 月 Technology for Earthquake Disaster Prevention Jun., 2010 吕杨，徐龙河，李忠献，丁阳，2010. 基于纤维模型的钢筋混凝土结构动力弹塑性分析. 震灾防御技术，5 （2 ）：257—262. 基于纤维模型的钢筋混凝土结构 动力弹塑性分析1 吕 杨1 ） 徐龙河2 ） 李忠献1 ） 丁 阳1 ） 1 ）天津大学建筑工程学院，天津300072 2 ）北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044 摘要 采用纤维单元模型和实体单元模型对一个钢筋混凝土柱进行了动力弹塑性分析，结果表明， 截面纤维模型能以很小的计算成本达到实体单元模型的计算精度，并且和试验结果拟合较好。同 时，对一个3 层钢筋混凝土框架结构进行的动力弹塑性分析表明，纤维单元模型能很好地解决各 种非线性问题，适合于强震作用下结构整体动力弹塑性分析。 关键词：动力弹塑性分析 钢筋混凝土柱 LS-DYNA 纤维模型 钢筋混凝土框架 引言 影响建筑结构灾变过程的控制参数很多，完全基于试验的研究方法因受到试验设备 和试验经费的限制，目前大多以数值模拟辅以少量模型试验进行研究，显然快速精确的 数值模拟方法是解决上述问题的关键。目前，大型通用有限元软件建立结构分析模型的 方法主要有实体单元模型和梁单元模型，实体单元模型因为建模复杂（Makoto 等，2009 ）、 计算成本过高，只能用于结构构件层次上的分析或小型建筑结构的整体分析，而梁单元 模型又由于计算精度不高，一般只能用于结构整体模态分析或定性分析。有鉴于此，很 多学者在通用有限元软件的基础上进行了二次开发，建立了用户自定义单元模型平台 （林旭川等，2007 ；陆新征等，2007 ；方明霁等，2008 ；秦从律等，2005 ），但是由于平 台开发难度大，还可能出现求解过程不够稳定，不能很好处理材料负刚度等问题，目前 还不能满足大多数人的需求。 为了对比实体单元模型与纤维单元模型的计算精度和计算成本，本文用 LS-DYNA 有限元程序分别对一个钢筋混凝土柱建立了纤维单元模型和实体单元模型进行动力弹 塑性分析。分析结果表明，LS-DYNA 软件中的截面纤维模型能以很低的计算成本达到 较高的求解精度。同时，对一个3 层钢筋混凝土框架结构进行强震作用下弹塑性时程分 1 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 ）；国家自然科学基金青年科学基金项目 ）；天津市应用基础与前沿技术研究计划重点项目（09JCZDJC25200 ） [收稿日期] 2010-03-09 [作者简介] 吕杨，男，生于1984 年。博士研究生。主要从事结构抗震研究。E-mail: lvyangtju@163.com 258 震灾防御技术 5 卷 析，结果表明纤维单元模型能很好处理各种非线性问题，求解过程稳定，适合于强震作 用下整体结构的灾变过程分析。 1 内力计算 通过将截面离散成纤维，再分别给不同的纤维赋予相应材料的滞回性能，对各纤维应力 数值积分计算截面内力（Schwer，2003 ），轴力为： 1 （） N dA   A (RA)(TS )(TT )  (WF )