基于擴展有限元法的RC剪力墻抗震性能模擬

甕文芳 余江滔 陸洲導 張遠淼

1 引 言

地震作用下的鋼筋混凝土結構的力學反應復雜，研究者一般通過低周反復荷載試驗對結構構件的抗震性能進行研究。鋼筋混凝土構件的抗震性能主要表現在強度[5]剛度退化，耗能能力變化，滯回曲線捏攏等。許多學者在試驗的基礎上進行大量數值模擬[1-6]，試圖通過模擬的方式，將混凝土開裂過程、破壞機理理論化，探究影響構件滯回性能、承載能力、延性等抗震性能的因素。其中大多數的數值模擬是基于有限元法。有限元法采用連續函數作為形函數，求解連續介質的連續變形時非常有效，但在模擬材料斷裂方面有著不可克服的困難。混凝土作為彈脆性材料，開裂后反復荷載下會出現裂縫閉合的現象，若仍采用常規有限元法(CFEM)雖具有一定精度，但細觀上難以反映混凝土損傷機理，因此引入擴展有限元法。

擴展有限元法[7,8](Extended Finite Element Method，XFEM)是美國西北大學Belytschko教授為代表的研究組于1999年提出的一種數值方法，是基于單位分解的方法(PUM)對單元的形函數加以改進，從而考慮所研究問題的不連續性、奇異性和邊界層等特性。它除繼承了常規有限元法(CFEM)的優點外，所使用的網格與結構內部的幾何或物理界面無關，從而克服了諸如裂紋尖端高應力和變形集中區進行高密度網格剖分所帶來的困難，模擬裂紋生長時也無須對網格進行重新剖分。

一些學者已經開始利用XFEM模擬構件開裂過程。方修君等[9]基于ABAQUS平臺子程序UEL開發了XFEM程序，利用黏聚性裂紋模型描述混凝土的非線性開裂[10]，模擬印度的Koyna壩的地震開裂過程。……