【摘 要】本文詳細(xì)介紹了CANNY在參考文獻(xiàn)<1>中纖維梁柱模型的計算原理，并用CANNY中的纖維模型模擬了一個鋼筋混凝土剪力墻試驗(yàn)?zāi)Ｐ�。通過數(shù)值計算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對比，顯示此軟件中的纖維模型能夠較準(zhǔn)確地模擬鋼筋混凝土剪力墻構(gòu)件在大變形下的非線性反應(yīng)。 

　　【關(guān)鍵詞】軟件；非線性反應(yīng)； 數(shù)值分析； 纖維模型　　 

　　引言 

　　解決結(jié)構(gòu)的非線性反應(yīng)分析問題首先要解決構(gòu)件非線性分析模型問題，纖維模型是近來引起廣泛關(guān)注的構(gòu)件非線性分析模型，此模型在CANNY中已有運(yùn)用，本文詳細(xì)地探討了CANNY中纖維梁柱模型的計算原理，并用CANNY模型建模，對一個鋼筋混凝土剪力墻模型進(jìn)行數(shù)值模擬。 

　　1 CANNY中各梁柱模型計算原理介紹 

　　1.1 CANNY中的纖維模型： 

　　纖維模型是將纖維截面賦予構(gòu)件，構(gòu)件的每一個截面均為纖維截面。纖維模型是一種分布塑性模型，它可以模擬構(gòu)件的任意地方出現(xiàn)塑性變形的情況。CANNY中對纖維模型的計算做了很多簡化，雖然計算量大大減少，但某種程度上降低了了模型的精度。其剛度矩陣的形成有兩種方法：一種是線性插值法；另外一種是拋物線插值法，取構(gòu)件的兩端截面和中間截面的柔度進(jìn)行拋物線插值求出構(gòu)件每一截面的柔度，然后積分求解構(gòu)件柔度矩陣如圖2所示�！� 

　　1.2 CANNY中的多軸彈簧模型 

　　多軸彈簧模型由兩個多軸彈簧構(gòu)件（簡稱MS構(gòu)件）和一個彈性構(gòu)件組成，如圖3所示。 

　　MS構(gòu)件具有與纖維模型類似的計算原理，它的彈簧就相當(dāng)于纖維模型中的纖維，只是它對構(gòu)件截面的劃分沒有纖維模型那么細(xì)。MS構(gòu)件分別位于彈性構(gòu)件的兩側(cè)以模擬實(shí)際構(gòu)件兩端的塑性變形。MS構(gòu)件的長度取為 ，為了簡化計算CANNY中假定構(gòu)件中間彈性構(gòu)件端點(diǎn)上的外力與構(gòu)件端點(diǎn)外力相同既忽略截面力沿兩端MS構(gòu)件的變化，以彎矩為例如圖4所示，因MS構(gòu)件長度不大這樣假設(shè)對計算結(jié)果的影響不大，但能簡化計算。根據(jù)外力可求出MS構(gòu)件的柔度（與纖維截面的計算原理一樣），整個模型的剛度矩陣由這三個構(gòu)件柔度疊加的結(jié)果求逆得到。CANNY中根據(jù)模型構(gòu)件初始剛度與實(shí)際構(gòu)件初始剛度相等的原則來確定中間彈性構(gòu)件的初始剛度。其計算原理如下： 

　　假設(shè)實(shí)際構(gòu)件的初始柔度矩陣為 ，計算模型中1、2構(gòu)件（兩端MS構(gòu)件）的初始柔度矩陣分別為 、 ，2構(gòu)件（中間彈性構(gòu)件）的柔度為 （ 在0和1之間取值）。 

　　 令 可求出 ，在模型中要注意 的取值問題， 不能取太小，應(yīng)足夠長以模擬實(shí)際構(gòu)件塑性區(qū)的變形。 

　　該模型還可以通過減小MS構(gòu)件的剛度（減小其中彈簧的剛度）來考慮構(gòu)件節(jié)點(diǎn)處鋼筋的滑移等引起的變形。 

　　2 數(shù)值模擬 

　　下面采用CANNY中的纖維模型對ALFonso 和Vitelmo V.Bertero在1987年所做的三層剪力墻的試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬，并與試驗(yàn)結(jié)果作了對比。 

　　2.1 鋼筋混凝土剪力墻模型 

　　由于剪力墻在平面內(nèi)高寬比很小，因此不能忽略構(gòu)件的剪切變形，而纖維模型只能模擬構(gòu)件的彎曲和軸向變形，不能模擬構(gòu)件的剪切變形。為了模擬構(gòu)件的剪切變形，本文另外定義一種專門用來模擬構(gòu)件截面剪切應(yīng)變的材料，然后將此材料組合到纖維截面中，組合截面的應(yīng)變?yōu)槔w維截面應(yīng)變與剪切材料應(yīng)變的疊加，如圖5所示。在外力作用下構(gòu)件每一截面的剪切應(yīng)變均可求出，從而根據(jù)材料的本構(gòu)關(guān)系就可以求出任意截面的剪切柔度，利用高斯積分就可以求出整個構(gòu)件的剪切柔度矩陣，將構(gòu)件的剪切柔度矩陣與構(gòu)件的彎曲和軸向柔度矩陣疊加就可以求得構(gòu)件考慮剪切變形的柔度矩陣，將此柔度矩陣求逆就可求得構(gòu)件考慮剪切變形的剛度矩陣。 　 

　　本次試驗(yàn)采用CANNY中的Hysteretic Material來模擬構(gòu)件截面剪切變形的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系。其本構(gòu)關(guān)系如圖6所示。試驗(yàn)結(jié)構(gòu)形式和加載示意圖見圖7。 

　　嚴(yán)格按試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒�模，�?shù)值模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果的比較如圖8所示 　　 

　　從圖8中可看出數(shù)值模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果非常接近。在實(shí)際剪力墻結(jié)構(gòu)中隨著剪力墻受力的不同其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線是不同的，本文只與一次試驗(yàn)的結(jié)果對比難免以偏蓋全，但總的來說用CANNY中的纖維模型來模擬剪力墻結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確度是比較高的。 

　　3 結(jié)論 

　　本文對CANNY中的纖維模型進(jìn)行了研究，詳細(xì)說明了它的計算原理，通過試驗(yàn)表明，CANNY中的纖維模型可以比較精確地模擬剪力墻構(gòu)件在大變形下的非線性反應(yīng)。