【摘 要】本文详细介绍了CANNY在参考文献<1>中纤维梁柱模型的计算原理，并用CANNY中的纤维模型模拟了一个钢筋混凝土剪力墙试验模型。通过数值计算结果与试验结果的对比，显示此软件中的纤维模型能够较准确地模拟钢筋混凝土剪力墙构件在大变形下的非线性反应。
【关键词】软件；非线性反应； 数值分析； 纤维模型
引言
解决结构的非线性反应分析问题首先要解决构件非线性分析模型问题，纤维模型是近来引起广泛关注的构件非线性分析模型，此模型在CANNY中已有运用，本文详细地探讨了CANNY中纤维梁柱模型的计算原理，并用CANNY模型建模，对一个钢筋混凝土剪力墙模型进行数值模拟。
1 CANNY中各梁柱模型计算原理介绍
1.1 CANNY中的纤维模型：
纤维模型是将纤维截面赋予构件，构件的每一个截面均为纤维截面。纤维模型是一种分布塑性模型，它可以模拟构件的任意地方出现塑性变形的情况。CANNY中对纤维模型的计算做了很多简化，虽然计算量大大减少，但某种程度上降低了了模型的精度。其刚度矩阵的形成有两种方法：一种是线性插值法；另外一种是抛物线插值法，取构件的两端截面和中间截面的柔度进行抛物线插值求出构件每一截面的柔度，然后积分求解构件柔度矩阵如图2所示。
1.2 CANNY中的多轴弹簧模型
多轴弹簧模型由两个多轴弹簧构件（简称MS构件）和一个弹性构件组成，如图3所示。
MS构件具有与纤维模型类似的计算原理，它的弹簧就相当于纤维模型中的纤维，只是它对构件截面的划分没有纤维模型那么细。MS构件分别位于弹性构件的两侧以模拟实际构件两端的塑性变形。MS构件的长度取为 ，为了简化计算CANNY中假定构件中间弹性构件端点上的外力与构件端点外力相同既忽略截面力沿两端MS构件的变化，以弯矩为例如图4所示，因MS构件长度不大这样假设对计算结果的影响不大，但能简化计算。根据外力可求出MS构件的柔度（与纤维截面的计算原理一样），整个模型的刚度矩阵由这三个构件柔度叠加的结果求逆得到。CANNY中根据模型构件初始刚度与实际构件初始刚度相等的原则来确定中间弹性构件的初始刚度。其计算原理如下：
假设实际构件的初始柔度矩阵为 ，计算模型中1、2构件（两端MS构件）的初始柔度矩阵分别为 、 ，2构件（中间弹性构件）的柔度为 （ 在0和1之间取值）。
令 可求出 ，在模型中要注意 的取值问题， 不能取太小，应足够长以模拟实际构件塑性区的变形。
该模型还可以通过减小MS构件的刚度（减小其中弹簧的刚度）来考虑构件节点处钢筋的滑移等引起的变形。
2 数值模拟
下面采用CANNY中的纤维模型对ALFonso 和Vitelmo V.Bertero在1987年所做的三层剪力墙的试验进行了数值模拟，并与试验结果作了对比。
2.1 钢筋混凝土剪力墙模型
由于剪力墙在平面内高宽比很小，因此不能忽略构件的剪切变形，而纤维模型只能模拟构件的弯曲和轴向变形，不能模拟构件的剪切变形。为了模拟构件的剪切变形，本文另外定义一种专门用来模拟构件截面剪切应变的材料，然后将此材料组合到纤维截面中，组合截面的应变为纤维截面应变与剪切材料应变的叠加，如图5所示。在外力作用下构件每一截面的剪切应变均可求出，从而根据材料的本构关系就可以求出任意截面的剪切柔度，利用高斯积分就可以求出整个构件的剪切柔度矩阵，将构件的剪切柔度矩阵与构件的弯曲和轴向柔度矩阵叠加就可以求得构件考虑剪切变形的柔度矩阵，将此柔度矩阵求逆就可求得构件考虑剪切变形的刚度矩阵。
本次试验采用CANNY中的Hysteretic Material来模拟构件截面剪切变形的应力－应变关系。其本构关系如图6所示。试验结构形式和加载示意图见图7。
严格按试验模型建模，数值模拟结果和试验结果的比较如图8所示
从图8中可看出数值模拟结果和试验结果非常接近。在实际剪力墙结构中随着剪力墙受力的不同其应力应变关系曲线是不同的，本文只与一次试验的结果对比难免以偏盖全，但总的来说用CANNY中的纤维模型来模拟剪力墙结构的准确度是比较高的。
3 结论
本文对CANNY中的纤维模型进行了研究，详细说明了它的计算原理，通过试验表明，CANNY中的纤维模型可以比较精确地模拟剪力墙构件在大变形下的非线性反应。
