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纤维模型简介-混凝土结构防连续倒塌设计理论与方法

时间:2023-10-11 理论教育 版权反馈
【摘要】:纤维梁模型是在传统梁单元的积分点处,杆件截面划分成若干纤维,每个纤维均为单轴受力,并用材料单轴应力-应变关系来描述该纤维材料的受力特性,纤维间的变形协调则采用平截面假定。图2-11混凝土应力-应变曲线钢筋本构模型。钢筋本构基于Legeron E等模型,在加载路径考虑了钢筋的Bauschinger效应[26]。图2-12钢筋反复拉压应力-应变曲线算例。图2-13S-1计算结果与试验结果比较图2-14YW0计算结果与试验结果比较

纤维模型简介-混凝土结构防连续倒塌设计理论与方法

(1)纤维模型原理。

纤维梁模型是在传统梁单元的积分点处,杆件截面划分成若干纤维,每个纤维均为单轴受力,并用材料单轴应力-应变关系来描述该纤维材料的受力特性,纤维间的变形协调则采用平截面假定。对于长细比较大的杆系结构,纤维模型具有以下优点:

①纤维模型将构件截面划分为若干混凝土纤维和钢筋纤维,通过用户自定义每根纤维的截面位置、面积和材料的单轴本构关系,可适用于各种截面形状;

②纤维模型可以准确考虑轴力和(单向和双向)弯矩的相互关系;

③由于纤维模型将截面分割,因而同一截面的不同纤维可以有不同的单轴本构关系,这样就可以采用更加符合构件受力状态的单轴本构关系,如可模拟构件截面不同部分受到侧向约束作用(如箍筋、钢管或外包碳纤维布)时的受力性能。

(2)混凝土本构模型。

为合理反映受压混凝土的约束效应、循环往复荷载下的滞回行为(包括刚度和强度退化)以及受拉混凝土的“受拉刚化效应”,混凝土本构的受压单调加载包络线选取Legeron&Pau1tre模型[24],可同时考虑构件中纵、横向配筋对混凝土约束效应的影响[见图2-11(a)]。为反映反复荷载下混凝土的滞回行为,采用二次抛物线模拟混凝土卸载及再加载路径,并考虑反复受力过程中材料的刚度和强度退化。为模拟混凝土裂缝闭合带来的裂面效应,在混凝土受拉、受压过渡区,采用线性裂缝闭合函数模拟混凝土由开裂到受压时的刚度恢复过程。在受拉区,采用江见鲸模型[25]模拟混凝土受拉开裂及软化行为,以考虑“受拉刚化效应”[见图2-11(b)]。

图2-11 混凝土应力-应变曲线

(3)钢筋本构模型。(www.xing528.com)

钢筋本构基于Legeron E等模型,在加载路径考虑了钢筋的Bauschinger效应[26]。为反映钢筋单调加载时的屈服、硬化和软化现象,并使钢筋本构更加通用,我们在Legeron E等模型的基础上进一步做出修正,将钢筋本构模型扩展为可以分别模拟具有屈服平台的普通钢筋和拉压不等强的没有明显屈服平台的高强钢筋或钢绞线的通用模型(见图2-12)。

图2-12 钢筋反复拉压应力-应变曲线

(4)算例。

采用THUEIBER对2根往复荷载下混凝土压弯柱试件(S-1[27]、YW0[28])进行了数值模拟(见图2-13,图2-14),通过比较可以看出,由于较好地反映了复杂受力状态下混凝土的实际受力变形特性以及钢筋的硬化特性和Bauschinger效应,本程序对试件在反复荷载下的承载力、往复荷载下滞回特性以及卸载后的残余变形均具有较高预测精度。

图2-13 S-1计算结果与试验结果比较

图2-14 YW0计算结果与试验结果比较

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