混凝土结构非线性分析(课件)
钢筋混凝土构件的非线性分析

钢筋混凝土构件的非线性分析背景:钢筋混凝土是一种广泛应用于建筑工程的材料,其具有高强度、耐久性和防火性能好的优点。
然而,钢筋混凝土构件在荷载作用下的性能并不是线性的,而是呈现出明显的非线性特征。
因此,为了准确地描述和预测钢筋混凝土构件在荷载作用下的行为,进行非线性分析是必要的。
非线性分析能够考虑到材料和结构的非线性行为,提供更准确的计算结果,对于工程设计和施工具有重要意义。
理论:钢筋混凝土构件非线性分析的理论基础主要包括材料非线性理论和结构非线性理论。
材料非线性是指材料的应力-应变关系不是直线,而是呈现出曲线特征。
结构非线性则是指结构在荷载作用下的变形不是简单的线性关系,而是伴随着结构失稳和破坏的复杂过程。
在非线性分析中,需要基于材料和结构的非线性理论建立相应的数学模型,并通过数值方法求解。
方法:钢筋混凝土构件非线性分析的方法主要包括有限元法和有限差分法。
有限元法是一种将结构离散成许多小的单元,对每个单元进行非线性分析,再整合成整体的方法。
有限差分法则是一种将结构划分为一系列的网格,对每个网格进行非线性分析,再整合成整体的方法。
两种方法都具有各自的优点和适用范围,具体选用哪种方法需根据实际情况进行判断。
应用:钢筋混凝土构件非线性分析在建筑工程领域有着广泛的应用。
例如,在桥梁工程中,对桥梁结构进行非线性分析可以更准确地预测其在车辆荷载作用下的性能,为桥梁设计提供更为可靠的依据。
在建筑工程中,对高层建筑结构进行非线性分析可以更准确地预测其在地震作用下的性能,为建筑物的抗震设计提供更为可靠的依据。
在水利工程、核电站等其他工程领域中,钢筋混凝土构件的非线性分析同样具有重要意义。
钢筋混凝土构件的非线性分析是建筑工程领域中非常重要的研究课题。
通过非线性分析,可以更准确地预测结构的真实性能,为工程设计和施工提供更为可靠的依据。
本文介绍了钢筋混凝土构件非线性分析的背景、理论基础、方法及其应用案例。
可以看出,非线性分析考虑了材料和结构的非线性行为,能够更准确地描述和预测结构的性能。
钢筋混凝土板的非线性分析

钢筋混凝土板的非线性分析钢筋混凝土板的非线性分析钢筋混凝土板是一种常用的结构构件,在建筑和桥梁中广泛应用。
由于其在使用过程中会受到各种荷载的作用,因此需要对其进行非线性分析,以确保其安全可靠。
非线性分析是指在分析过程中考虑材料和结构的非线性特性,包括材料的本构关系、几何非线性和接触非线性等因素。
在钢筋混凝土板的非线性分析中,需要考虑以下几个方面。
1. 材料的本构关系钢筋混凝土板的材料包括混凝土和钢筋两部分,它们的本构关系是非线性的。
混凝土的本构关系可以采用双曲正切模型或Drucker-Prager 模型等进行描述,而钢筋的本构关系则可以采用弹塑性模型或Ramberg-Osgood模型等进行描述。
在进行非线性分析时,需要考虑这些材料的本构关系对结构的影响。
2. 几何非线性钢筋混凝土板在受到荷载作用后会发生变形,这种变形会导致结构的几何非线性。
几何非线性包括平面内的弯曲变形和平面外的扭转变形等。
在进行非线性分析时,需要考虑这些几何非线性因素对结构的影响。
3. 接触非线性钢筋混凝土板在使用过程中会受到多种荷载的作用,其中包括接触荷载。
接触非线性是指结构中两个或多个体之间的接触面会发生变形,从而影响结构的力学性能。
在进行非线性分析时,需要考虑接触非线性对结构的影响。
以上三个方面是钢筋混凝土板非线性分析的关键因素,下面将对其进行详细介绍。
1. 材料的本构关系混凝土的本构关系可以用双曲正切模型或Drucker-Prager模型等进行描述。
其中,双曲正切模型是一种常用的混凝土本构模型,其本构方程如下:σ = f(ε) = σc + α(ε-εc) + β(ε-εc)/(1+(ε-εc)/γ)其中,σ为混凝土的应力,ε为混凝土的应变,σc和εc分别为混凝土的极限应力和极限应变,α、β和γ为模型参数。
该模型可以较好地描述混凝土的非线性本构关系。
钢筋的本构关系可以采用弹塑性模型或Ramberg-Osgood模型等进行描述。
钢筋混凝土杆系结构的非线性分析

钢 筋 混凝 土杆 系结构 的非 线 性分 析
严 媛 琚
( 石理工 学院 土木 建筑 工程学 院 , 黄 湖北 黄 石 4 50 ) 303
摘 要 : 文章论述了钢筋混凝土平面杆系结构的非线性分析问题 , 细化结构的最小单元, 采用简化的刚度 一
轴力 一弯矩 ( Ⅳ一 ) 曰一 关系 曲线 , 运用混合法求解最终的非线性方程 , 提出一种直 观而实用的有限元数值计 算方 法, 并使用 Fra 0语 言编制 了相关 的分析程序 , ot n9 r 模拟 了钢 筋混凝土结 构从开始 加荷直至破 坏的全过
是整 体坐标 下 的单 刚矩 阵 , 是局 部 坐标 下 的单 忍
0 引 言
目前 全 球 地 震 频 发 , 球 内 部 处 于 地 质 活 动 地
刚矩 阵 , 是 坐 标 转 换 矩 阵 , 是 总 荷 载 向量 , P
是总 刚矩 阵 , 由单刚矩 阵组合 而成 。 在线性 问题 中, 与 都是定值 , 因而总刚矩阵 也是一个定值 , =K~ 位移是刚度 和位移 向量 P, 的显式表达式 。而 对于非 线性 问题 , 尤其材 料非 线 性 问题 , 杆件在局部坐标下 的单刚矩阵是一个变值 :
i o it n rc c l n t lme t to h c e b sce e n a n mie ,a d t emo e s l —N — t nsi a d p a t a i ee n h d i w ih t a i lme t s mi i e i i f e me n h W i z d n r i eB h mp M u v s mp o e c r ewa e ly d,e e t al e p o l msW dv y t eh b i t o . e s me t ,an n i e rf i v n u lyt r b e a s e b y r me d At a me o l a nt h s d h d h h t i n i e e e n r g a i c mp ee y F r a 0,w i h smu ae e p r r n c f RC sr cu e f r a d b f r lme t o r m s o l td b o t n 9 p r h c i l td t e o ma e o t t rs at h f u e n eo e
钢筋混凝土非线性分析讲解

第一章:绪论
一、学习非线性分析的意义 (当前混凝土结构设计存在的问题)
1、混凝土材料工作状态的非线性 2、钢筋和混凝土共同工作条件——变形协调 3、结构内力计算和截面设计不协调 4、节点的理想化(刚接、铰接)与实际状态不符 5、长期荷载下徐变、应力松弛引起的结构内力重分布
6、动力荷载作用下的材料特性与静力下不同
理想弹性元件(弹簧元件——虎克体) 理想塑性元件(滑块元件——圣维南体) 粘性元件(阻尼器——牛顿体)
2)粘弹性流变模型:广义凯尔文模型 3)粘塑性流变模型:宾哈姆模型 4)粘弹粘塑性流变模型(混凝土徐变和钢筋应力松驰)
5、断裂力学模型:张开型、剪切型、扭转型
二、钢筋的本构关系
1、钢筋的应力应变曲线
幂表达式 指数表达式 双曲线表达式 对数表达式
其中各常数可以调整,用以考虑 时间和不同因素的影响
在此基础上,另加调整参数,对表达式进行修正 【朱】Page24 式1.37 考虑自由收缩、水泥水化程度
式1.38、1.39 考虑湿度、尺寸、龄期 式1.40 考虑湿度、尺寸、龄期、配合比、其它
五、基本概念
1、本构关系:材料力学性质的数学表达式 2、屈服极限:由弹性变形变为非弹性变形的转折点的应力
屈服条件:某一点出现塑性变形时应力状态应满足的条件 屈服函数:表示屈服条件的函数 屈服面: 屈服函数在应力空间中表示的曲面
3、强化:屈服极限提高的现象 软化:应力降低、应变增大的现象 拉伸强化:混凝土受拉构件中主裂缝之间混凝土仍承担 一部分拉应力的现象
(可作为:研究工具、计算工具、模拟现场过程)
三、钢筋混凝土结构有限元数值分析的特点 (与其它固体材料有限元分析的不同)
1、模拟混凝土的开裂和裂缝发展(包括裂缝闭合)过程 2、模型中反映钢筋与混凝土间的粘结、滑移 3、模拟混凝土材料应力峰值后和钢筋屈服后的性能 4、材料非线性和几何非线性并存 5、分析结果强烈依赖于钢筋、混凝土材料的本构关系和
利用ANSYS对钢筋混凝土结构的非线性分析

. 用 多线性 等 向强 化模 型 MIO模 拟 , 升段 采用 G 0 1 — 0 3 1 非预 应 力钢 筋混凝 土 梁非线性 分析 S 上 B 50 02 2 0 本文梁截面尺寸为 10i q 20mT× 0 l, 2 n × 4 l 370mn 两端采用铰 n l 规 定的公式 , 降段 采用 E・H get 下 on s d建议 的模 型 , 图 1所 a 如
2 1 网 格 划 分 .
结构分析 中网格 的疏密及形状对 结果 的好 坏影响很 大 , 时 有 还会导致计算错误 。 由于本 文为 矩形截 面梁 , 状规则 , 形 用控 制
SZ 0m 7 划分 成六 面体等 参 性材料 , 以对预应力 和非预应力钢筋混 凝土结 构进行非 线性 分 边长 E IE=5 m划分后 约 176个单元 , 所 单元计算结果较好 。 析 时都属 于材料非线 性 的问题 。A S S分 析软件 中有 很多单 NY
满足工 程设 计 中的精 度 , 预应力 筋采用 3 —i 8单元 模拟 , 粘 3 计 算 示例 D Ln k 有 用 A S S分别对预应力和非 预应力钢 筋混凝土 矩形梁进 行 NY 结 预应 力筋的预应力采用 降温法 和初应变法分别计算分析 。
1 2 本 构关 系的选择 .
了非线性分析 , 对计算结果与理论值进行 了比较 , 并绘制 出跨 中危
从中可以看 出{ 凝 土开裂荷 载、 昆 钢筋屈服荷 混凝土为弹 塑性 材料 , 考虑 其非线 性 的影 响 , 需 分析 时采 用 险点的荷载 位移 曲线 , 载, 限荷载及相应的跨 中位移值 , 极 计算 中不考虑 自重的影响。 Wia Wan e 破坏 准则 , lm— rk r l 混凝 土单 轴 向受压应力一应 变 曲线 采
钢筋混凝土非线性分析

钢筋混凝土非线性分析钢筋混凝土非线性分析
1. 引言
1.1 背景
1.2 目的和范围
2. 钢筋混凝土基础知识
2.1 钢筋混凝土的组成和特性
2.2 钢筋混凝土的力学性质
2.3 钢筋混凝土构件的受力特点
3. 钢筋混凝土非线性分析方法
3.1 线性分析方法介绍
3.2 非线性分析方法介绍
3.3 静态非线性分析
3.3.1 受力模型建立
3.3.2 材料非线性特性考虑
3.3.3 荷载施加和分析步骤
3.4 动力非线性分析
3.4.1 振动理论基础
3.4.2 动力非线性分析方法
3.4.3 地震作用下钢筋混凝土结构的非线性分析
4. 钢筋混凝土非线性分析案例研究
4.1 钢筋混凝土框架结构的非线性分析
4.1.1 结构模型建立
4.1.2 荷载施加和边界条件
4.1.3 结果分析和讨论
4.2 钢筋混凝土梁柱节点的非线性分析
4.2.1 节点受力特点
4.2.2 受力模型和材料非线性
4.2.3 荷载施加和分析步骤
4.2.4 结果分析和讨论
5. 结论
6. 附件
6.1 数据表格
6.2 结构草图
6.3 模型参数
7. 法律名词及注释
7.1 钢筋混凝土设计规范解释 7.2 结构力学术语解释。
混凝土结构的非线性力学分析

混凝土结构的非线性力学分析一、引言混凝土结构作为一种常见的建筑材料,其复杂的非线性行为在结构设计和分析中具有重要的影响。
因此,深入研究混凝土结构的非线性力学行为,对于提高结构设计和分析的准确性和可靠性具有重要意义。
二、混凝土的非线性行为1. 压缩性能混凝土在受到压缩时呈现出明显的非线性行为。
在低应力下,混凝土的应变与应力呈线性关系;但随着应力的增加,应变-应力曲线呈现出弯曲的趋势,直到最终达到峰值。
在峰值之后,混凝土的应力逐渐降低,而应变却继续增加,直到混凝土的破坏。
2. 拉伸性能混凝土在受到拉伸时也呈现出明显的非线性行为。
在拉伸初期,混凝土的应力-应变曲线呈现出线性关系。
但随着拉伸应力的增加,混凝土逐渐出现裂纹,应力-应变曲线呈现出非线性趋势。
在裂纹扩展到一定程度后,混凝土的应力逐渐降低,最终破坏。
3. 剪切性能混凝土在受到剪切力作用时也呈现出复杂的非线性行为。
在低水平剪切应力下,混凝土的应变与应力呈线性关系。
但随着剪切应力的不断增加,混凝土逐渐出现塑性变形,应变-应力曲线呈现出非线性趋势。
在剪切应力达到最大值后,混凝土开始破坏。
三、混凝土结构的非线性力学分析1. 材料模型在进行混凝土结构的非线性力学分析时,需要采用合适的材料模型来描述混凝土的非线性行为。
常用的材料模型包括弹性模型、弹塑性模型、本构模型等。
2. 结构模型在进行混凝土结构的非线性力学分析时,需要建立合适的结构模型。
常用的结构模型包括平面框架模型、三维框架模型、板模型等。
3. 分析方法在进行混凝土结构的非线性力学分析时,需要采用适当的分析方法。
常用的分析方法包括有限元法、边界元法、离散元法等。
四、混凝土结构的非线性力学分析应用实例以一栋多层混凝土框架结构为例,进行非线性力学分析。
首先,根据结构的几何形状、材料性质、荷载条件等进行结构建模;其次,采用合适的材料模型和结构模型进行分析;最后,根据分析结果进行结构评估和设计优化。
五、结论混凝土结构的非线性力学行为是结构设计和分析中必须考虑的重要因素。
混凝土结构ppt课件全

假定②中,有四点与实际情况不符:
♠ (a)端支座大多有一定的嵌固作用,故配筋时应在梁、板端 支座的顶部放置一定数量的构造钢筋。 ♠(b)支承链杆可自由转动的假定,实质是忽略了次梁对板、 主梁对次梁的约束以及柱对主梁的约束,引起的误差将用折 算荷载的方式来加以修正。 ♠ (c)支座总是有一定宽度的,并不像计算简图中那样只集中 在一点上,所以要对支座弯矩和剪力进行调整。 ♠ (d)链杆支座没有竖向位移,假定成链杆实质上忽略了次梁 的竖向变形对板的影响,也忽略了主梁的竖向变形对次梁的 影响。
17
1.2 现浇单向板肋梁楼盖
♠单向板肋梁楼盖的设计步骤为: ♥①结构平面布置,确定板厚和主、次梁的截面尺寸; ♥②确定板和主、次梁的计算简图; ♥③荷载及内力计算; ♥④构件的截面设计、变形及裂缝宽度的验算; ♥⑤绘制施工图(平面表示法)
18
1.2.1 单向板的概念
♠ 一个方向受力的板,称为单向板。单向板的计算方法与梁
27
(2)计算单元
♠板可取lm宽度的板带作为其计算单元 ♠主、次梁的截面形状都是两侧带翼缘(板)的T形截面,楼盖 周边处的主、次梁则是一侧带翼缘的。 ♠每侧翼板的计算宽度取与相邻梁的中心距的一半。 ♠假定一根次梁的负荷范围以及次梁传给主梁的集中荷载范 围如图1.4 所示。
28
29
♠ 板、次梁主要承受均布线荷载, ♠ 主梁主要承受由次梁传来的集中荷载。
40
41
(8)内力计算
♠ 连续梁、板按弹性理论的内力计算有: ♥(a)等截面、等跨度、支座简支的连续梁、板的弹性内力 计算; ♥(b)均布荷载作用下,等截面不等跨,简支的连续梁、 板的弹性内力计算; ♥(c)不等截面不等跨连续梁、板的弹性内力计算。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
一、钢筋的应力-应变关系
1. 单调加载时的应力-应变关系
s
软钢 fy
D
B’
E
A B
C
s=Ess
y
s, s s
h
fs,u
fy
s=Ess
s,u
s, s
y
h
一、钢筋的应力-应变关系
1. 单调加载时的应力-应变关系
硬钢
0.2
0.2%
s fs,u fy
s=Ess
0C T 370C 370C T 700C T 700C
一、钢筋的应力-应变关系
3. 高温作用时及高温作用后钢筋应力-应变关系
原则:只对屈服应力和弹性模量进行修正,应力-应变关 系不变
高温后
当受火温度低于600C时,冷却后热轧钢筋的屈服强 度和抗拉强度基本不变,只是当受火温度高于600C 时,才略有下降,且下降幅度小于原抗拉强度的10%
1. 单调加载时的应力-应变关系
受5#、20#油浸蚀混凝土单轴受压
t c
80 t+80
c
0
1
2
t c
0.008t
c0
t c
2
(1 0.008t)2 c02
(0
t c
t c0
)
t c
1
100
t c
(100 0.8t) c0
t c0
(
t c0
t c
t cu
)
t c0
(1 0.008t) c0
y
s,h
s,
u
s
一、钢筋的应力-应变关系
1. 单调加载时的应力-应变关系
硬钢
硬钢(预应力)钢筋的弹 性模量
ps fpu
0.7fpu Ep
ps E p ps
( ps 0.7 f pu )
ps
E
' p
ps
1
E p' ps f pu
m
1/ m
( ps 0.7 f pu )
u 0.0033 fcu 5010 5
二、混凝土的应力-应变关系
1. 单调加载时的应力-应变关系
侧向受约束时混凝土单轴受压----变形能力和强度大幅度提高
c
fcc x E E 1 xE
x c / cc
E
Ec
Ec Esec
c fcc
fc
环箍断裂
非约束混凝土
约束混凝土
f cc
fc 2.254
一、钢筋的应力-应变关系
2. 周期性加载时的应力-应变关系
反复加载时的理论模型
ksie
Psi
Psiy
ksiy
ksied
dsi
dsiy
dsimax
Psi
Psiy
0.75Psiy
ksi0
Psic dsimax
dsi
dsiy dsimax ksi0
-Psiy
-0.75Psiy
一、钢筋的应力-应变关系
3. 高温作用时及高温作用后钢筋应力-应变关系
Ramberg-Osgood曲线的形 状系数,可取为4
Ep
ps
零荷载时Ramberg-Osgood 曲线的斜率,可取为 214000MPa
一、钢筋的应力-应变关系
2. 周期性加载时的应力-应变关系
反复加载时的试验曲线 s
骨架曲线和单调加载时类 的应力-应变曲线似
s
Baushinger效应:反向加载 时不再出现屈服平台而成 为曲线的应力-应变关系
德国Rüsch模型
二、混凝土的应力-应变关系
1. 单调加载时的应力-应变关系
单轴受压----理论曲线
c ( MPa )
90
80
70
n
2
1 60
(
f
cu
50),当n
2时,取n
2
c fc
60 50
40
c
fc
1
1
c 0
n
o
0
c u
30 20 10
0 0
0.001
0.002
0.003
c
0.004
0 0.002 0.5 fcu 5010 5
t cu
(1 0.015t) cu
二、混凝土的应力-应变关系
1. 单调加载时的应力-应变关系 火灾下混凝土单轴受压----当0 < T 400℃时
T c
c0
2
T c
T c0
1 1 0.002T
T c
T c0
2
1
1 0.002T
2
T c
c0
1
100
T c
1 0.002T
2
(0 cT
T c0
)
T c
c0 (1.6 0.0015T)
(
T c
T c0
)
T c0
(1
0.002T )c0
二、混凝土的应力-应变关系
1. 单调加载时的应力-应变关系
火灾后混凝土单轴受压
T c
T c
T c0
1
7.94
f
t c
/
fc
2.0
f
t c
/
fc
1.254
f
t c
2 Asv f yv s d c or
o
Ec Esec
c0 2c0 sp cc
c cu
cc
5
f cc fc
1
1
c0
二、混凝土的应力-应变关系
1. 单调加载时的应力-应变关系
受皂化油浸蚀混凝土单轴受压
t c
c0
0.0004t 2
原则:只对屈服应力和弹性模量进行修正,应力-应变关 系不变
高温下
f
T y
(f1y.33 1.64 103T ) f y
0C T 200C 200C T 700C
0.182 f y
T 700C
E
T s
((11..50150.418.967810103T3)TE)sEs 0.182Es
二、混凝土的应力-应变关系
1. 单调加载时的应力-应变关系
单轴受压----理论曲线
c
fc
c
fc
1
1
c 0
2
o
c
f
c
1
0.15
c u
0 0
c
fc 0.15fc
0=0.002
c
f
c
1
1
c 0
2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
c
u=0.0038
o
0=0.002
c u=0.0035
美国Hognestad模型
近似地认为钢筋的抗拉强度和在弹性模量火灾冷却后 保持不变。
二、混凝土的应力-应变关系
1. 单调加载时的应力-应变关系
单轴受压----试验曲线
混凝土强度提高
(MPa)
25 fc
c
20 15 10
5
o
作用是:峰值 应力后,吸收 试验机的变形 能,测出下降 段
b
a 0
24
加载速度减慢
68
10
d (10-3)
2
t c
0.02t 1 c0
0.0004t 2
t c
2
0.02t 1 2 c02
(0
t c
t c
0
)
t c
1
100
t c
0.04t 2
2t 100 c0
t c
0
(
t c0
t c
t cu
)
t c
0
(0.0004t 2
0.02t
1) c0
t c
u
1
0.05t cu
二、混凝土的应力-应变关系
(
T c
T c0
)
T c0
(1
0.002T ) c0
(0
T c
T c0
)
二、混凝土的应力-应变关系
1. 单调加载时的应力-应变关系 火灾下混凝土单轴受压----当400℃ < T 800℃时
T c
(1.6
0.0015T
)
c0
2cT T
c0
1
1 0.002T
cT T
c0
2
1
1 0.002T