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(b)剪切变形形状墙;
(c)变形形状结合框架-剪图1
力墙
2(分析方法
2.1描述模型
该nlfea模型是一个16层钢筋混凝土筒中筒结构的高层建筑。
楼层高度3.50m除底层搭高度。
全筒模型对称,筒(b)三维修改模型
2.2材料特性
所有的元素都是由一个元素组即8节点等参六面体固态元件与材料性质如表1。
参数混凝土的抗压强度,屈服应力加固,混凝土的密度,弹性模量弹性和泊松比符合学士学位bs8110:
1部分:
1995、bs8110:
2:
1985。
混凝土和reinforcementare分配作为一个复合材料anmodified弹性模量的假设1%个加固的结构因素。
表1材料
2.3边界条件和加载
边界条件在基础上设计了所有的自由度(6自由度),边界条件在迪scontinuous边缘被分配风速负荷在水平屋面44.44米/秒和负载分布均匀沿表面从底部到顶
:
第五章:
2部分:
1972)。
活荷载3千牛/米2(b6399:
1:
1984)部建筑(处长3
和永久荷载5.40千牛/米2板坯均匀分布的垂直荷载。
2.4混凝土在压缩和拉伸性能
图3材料模型
X=线性拉伸硬化曲线
ƒmax=故障点的压缩
ƒtu=故障点紧张(0.1ƒcu)
εcr=0.1ƒcu/弹性模量,欧共体
εt=紧张僵硬
非线性应力应变关系采用的材料模型根据BC8110:
部分2:
1985如图3所示。
峰值应力的0.8fcu代表最大应力混凝土单轴应力状态。
采用压缩应变最大应力为0.0022,极限应变为0.0035。
破碎的条件定义是当εcu达到指定值的极限应变和假设材料失去其强度和刚度特性。
拉应力下混凝土,可以假定为线性,直到在其抗拉强度的0.1fcu(marsono,2000)时发生破裂。
在钢筋与混凝土相互作用的研究中,通过引入模拟张力将混凝土模型负荷通过钢筋转移在裂缝
(m.r.chowdhury和j.c.ray,1995)。
该应力值线性下降到零,然后发生开裂。
张力增强明显影响钢筋混
凝土结构的非线性行为。
因此使用融合方法,紧张僵硬的一部分参数作为研究中的非线性分析。
与参考这一材料模型见图3,拉伸硬化曲线参数可以在0.0002
以上(即大于0.00018)。
2.5解决nlfea
弧长法与迭代修正牛顿(民革)是用于控制求解非线形分析。
分析是需要解决达到令人满意的参数实现收敛。
在本研究中参数的非直线解如表2。
在负载进行分析中,可以通过终止控制最大负荷参数或最大位移值。
本研究最大数量的弧步在表2被设置为50,因为实际弧步完成最终不知道最初的分析。
初始负荷参数只适用在第一步的分析中,然后下一个负载参数将自动增加的修正牛顿算法。
收敛公差必须被指定为分析步骤错误之间的解决方案。
3.结果
3.1nlfea产出和结果的解释
基本上在nlfea钢筋混凝土高层建筑结构,产出的主应力是导致目前失败的具体原因。
混凝土破碎时达到最小主应力值,P3超过抗压强度(即0.8fcu)而定义的数值时的最大主应力,小到抗拉强度(即0.1fcu)。
张力裂缝方向被认为是垂直方向的主应力,小而破碎的方向是假定为下沉到主应力方向P3。
3.2横向位移
载荷-位移响应的是在图4。
最大横向位移103毫米在2268节点,其中位于顶部的水平模型如图7(乙)。
最大负荷59.17千牛在记录点A。
负载与横向位移图
位移(米)负荷系数=6.607千牛
图4负载与横向位移图节点2268
3.3主应力在剪力墙
轮廓的主应力小代表的最大张力(+我最大)和小三代表最高压缩(-我最大)。
抗压强度采用这个模型是0.8fcu=0.8×
35
=28
牛顿/毫米2。
图5
(一)清楚地表明,剪切墙壁开始挤压转角处的剪力墙基础(2286节点)的压缩应力28.45牛顿/毫米2(即大于28牛顿/毫米2)。
压碎面积
第二十一步混凝土压碎1
图5最小主应力等值线图的部分剪力墙
基础混凝土破碎步骤21
3.4主应力耦合梁
应力分布和变形形状耦光束在水平1如图6所示。
混凝土裂缝发生在角落的张力,节点3475元1489步15。
主应力小的记录在4.106牛顿/毫米2其中超过0.1ƒcu=3.5牛顿/毫米2。
它是一个明显的迹象,张力的轮廓在对角的耦合梁跨中。
另一种看法是压缩应力在两个角耦合梁中增加了增量分析,步骤终止在32步,这最大压缩应力达到19.38牛顿/毫米2这是较破碎应力,28牛顿/毫米2。
混凝土开裂的节点3475元素1489P1=4.106N/mm2
(a)
节点2419,P3=-19.38N/mm2
(b)
步骤15对角张力明显在跨中的耦合梁。
开裂失效了。
(P&
gt;
3.5牛顿/平方毫米)
步骤31
最大压缩耦合光束角。
(节点2419和节点3443)破碎的失败并没有出现在耦合梁。
(p&
lt;
28牛顿/平方毫米)
4.讨论
4.1整体建筑行为
四分之一模型提高了变形形状整体性,筒中筒高建筑如图7所示。
变形形状产生双曲率挠度,这类似于一个变形组合框架和剪力墙。
节点2688最大位移
季度模型建筑
偏转悬臂梁改性季度模型整
体建筑偏转双曲率
(a)(b)
图7(a)变形模型(b)变形修正模型提出的失效模式筒中筒高层建筑已经证明,整体模型的行为是绝对控制的压缩破坏而不是张力。
提供依据的主应力的临界压缩区表明粉碎发生在剪力墙基础,因此整体机制的结构已成功地实现其极限承载力(在31步)。
利用最小应力等值线主应力整体改模型在步骤31,如图8所示。
压缩区设在剪力墙和周边柱。
压缩区的剪力墙压缩在周边柱
图8最小主应力的整体轮廓模型
4.2耦合梁与剪力墙
结果表明,剪切斜裂失效模式发生在所有连梁的整个高度。
虽然是一个小弯曲裂缝角耦合梁。
粉碎的混凝土剪力墙基本完成最后的失败。
这是表明,总束强度大于壁强度。
这可能是由于特大型耦合光束的相对大小的剪力墙,减少光束厚度导致混凝土压碎破坏。
实际上,首选机制失败的多孔剪力墙,耦梁破坏前先取得剪力墙。
建议梁的第一次失败之后,使墙负荷或振动,可观察到的梁损坏部分。
5.结论
该nlfea最终阶段使用的宇宙是有限元软件对三维模型地进行了成功修改。
该系统能够捕获所有的非线性行为的负载进展。
然而,一个完善的模型可以进行有限元参数,从而验证结果与实验室试验结果尽可能相同。
本研究结果可总结如下:
(一)季度模型具有非线性行为到极限状态。
(二)修改边界条件,通过分配约束在x方向的所有板的边缘,完全约束在墙底端被认为是适当的,在创造一个双曲率剖面预计在筒中筒模型。
(三)nlfea在筒中筒建筑表现良好,使用非线性混凝土应力-应变曲线多达32步的非线性和产量的最终行为高层建筑。
(四)模型其中包括全配置的剪力墙,发现是适当的建模的筒中筒高层建筑作为四分之一部分。
因此,行为的耦合光束成功地提出了。
Proceedingsofthe6thAsia-PacificStructuralEngineeringandConstruction
Conference(APSEC2006),5?
6September2006,KualaLumpur,Malaysia
1NONLINEARFINITEELEMENTANALYSISOFREINFORCEDCONCRETE
TUBEINTUBEOFTALLBUILDINGSAbdulKadirMarsono1andLeeSiong
Wee2AssociateProfessor,Dept.OfStructure&
amp;
Material,FacultyOfCivil
Engineering,
UniversitiTeknologiMalaysia.
2GraduateStudent,FacultyOfCivilEngineering,UniversitiTeknologiMalaysia,2004.
Abstract:
Thenon-linearfiniteelementanalysis(NLFEA)haspotentialasareadily
usableandreliablemeansforanalyzingofcivilstructureswiththeavailabilityof
computertechnology.Thestructuralbehaviorsandmodeoffailureofreinforcedconcrete
tubeintubetallbuildingviaapplicationofcomputerprogramnamelyCOSMOS/Mare
presented.Threedimensionalquartermodelwascarriedoutandthemethodusedforthis
studyisbasedonnon-linearityofmaterial.Asubstantialimprovementinaccuracyis
achievedbymodifyingaquartermodelleadingdeformedshapeofoveralltubeintubetall
buildingtodoublecurvature.Theultimatestructuralbehaviorsofreinforcedconcretetube
intubetallbuildingwereachievedbyconcretefailedincrackingandcrushing.Themodel
presentedinthispaperputanadditionalrecommendationtopracticingengineersin
conductingNLFEAquartermodeloftubeintubetypeoftallbuildingstructures.INTRODUCTION
Tubeintubeconceptintallbuildinghadledtosignificantimprovementinstructuralefficiencytolateralresistance.Initsbasicform,thesystemcomprisingacentralcoresurroundedbyperimeterframeswhichconsistsofclosedspacedperimetercolumntiedateachfloorlevelbyspandrelbeamstoformatubularstructure.Usuallythesebuildingsaresymmetricalinplan,andtheirdominantstructuralactiontakeplaceinthefourorthogonalframesformingtheperimetertubeandinthecentralcore(AvigdorRutenbergandMosheEisenberger,1983).Underthelateralload,aframetubeactslikeacantileveredboxbeamtoresisttheoverturningmomentandthecentralcoreactinglikesecondtubewithintheoutsidetube.Inordertogetthemoreaccurateresultofanalysis,thecentralcoremaybedesignednotonlyforgravityloadsbutalsotoresistthelateralloads.Thefloorstructuretiestheexteriorandinteriortubestogethertomakethenactasasingleunitandtheirmodeofinteractiondependingonthedesignoffloorsystem.Notorsioneffectwasconsideredinthisstudy,thusthefloorsystemiseffectivelypinjointedtoallowhorizontalforcestransmissionbeforeprimaryverticalstructuralelementsofthebuilding.
Combiningshearwallandframestructureshasproventoprovideanappropriatelateralstiffeningoftallbuilding.Astheshearwalldeflects,shearandmomentsareinducedinconnectingbeamandslabswhichlaterinducedaxialforcesinwalls.TheperimeterframeandthecentralwallactasacompositestructureanddeformedasinFigure1.Thelateralforceismostlycarriedbytheframeintheupperportionofthebuildingandbythecoreinthelowerportion.Thedeflectedshapehasaflexural
profileinthelowerpartandshearprofileintheupperpart.Theaxialforcescausingthewalltoshedtheframenearthebaseandtheframestorestrainthewallatthetop.
Themainpurposeofthisstudyistopredicttheultimatefailurebehaviorofoverallreinforcedconcretetubeintubetallbuilding.Hence,non-linearanalysishastobecarriedoutinthisstudyforbetterunderstandingoffailuremode.Nonlinearanalysisisamodellingof
structuralbehaviortotheultimatestatewhilelinearanalysisisaconventionalanalysisthat
doesnotpretendtobeaccurate(AldoCauvia,1990).Asysmetricaltubeintubereinforced
A-161
6September2006,KualaLumpur,MalaysiaconcretetallbuildingasshowninFigure2,threedimensional(3D)quatermodelwasimplementedwithfiniteelementanalysismethodandtakeintoaccountmaterialnonlinearity.(a)(b)(c)Figure1(a)Deformshapeofframe;
(b)Deformshapeofshearwall;
(c)Deformshapeofcombineframe+shearwallMETHODOFANALYSISDescriptionofModel
TheNLFEAmodelisa16storiesreinforcedconcretetubeintubetallbuildingwithtypicalstoreyheightof3.50mexceptgroundflooris6.0mheights.Thefulltubemodelissymmetricalinbothaxesinplan.Theinternaltube7.50mx7.50missurroundedbyperimeterframetube22.50mx22.50m.Allperimetercolumnswerearrangecloselyspacedat4.5mcentertocenterwiththesizeof0.90mx0.90mfromgroundflooruptolevel10and0.75mx0.75mcolumnafterlevel10.Thespandrelbeamsaredimensioned250mmthickand750mmdepthandtiedtotheperimetercolumntoformaperimetertube.Thethicknessforslabis175mmandpresumedtoactasahorizontaldiaphragmtotransferthelateralloadaswellasverticalloads.Theinternaltubeisformedbysquareperforatedshearwallwiththethicknessof350mmandthecouplingbeamiskeptsimilarasthicknessoftheshearwallwiththedepthof1000mm.COSMOS/M2.0(64KVersion)finiteelementsoftwareisusedtogeneratethemodelandperformsubsequentnonlinearstaticanalysis.Formodellingidealizationanddomaindiscretizationviability,onlyamodifiedquarteroftubeintubetallbuildingismodelledinviewofsymmetricalandtocaterlimitationofCOSMOS/M.AfterseveralattemptsofNLFEARunwereperformedout,thefinalmodelasindicatedinFigure2(b)wasadoptedasafinalresultinthisstudy.
Proceedingsofthe6thAsia-PacificStructuralEngineeringandConstructionA-162
22.5mFramesystemactingasoutertube
22.5mShearwallactingasinnertube
Quartermodel
2.75m2.0m2.75m
(a)(b)Figure2(a)Planviewoffulltubeintubetypeoftallbuilding(b)3DmodifiedquartermodelMaterialProperties
Allelementsarerepresentedbyoneelementgroupi.e.8NodeIsoparametricHexahedralSolidelementsassociatedwiththematerialpropertiesasindicatedinTable1.Thevaluesforofcompressivestrengthforconcrete,yieldstressofreinforcement,concretedensity,modulusofelasticityandPoisson?
sratioconformstoBSBS8110:
Part1:
1995andBS8110:
Part2:
1985.
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