钢筋混凝土压弯构件恢复力模型的研究
恢复力模型研究现状及处在问题
恢复力模型研究现状及存在问题摘要：恢复力模型是根据大量从试验中获得的恢复力与变形的关系曲线经适当抽象和简化而得到的实用数学模型，是结构构件的抗震性能在结构弹塑性地震反应分析中的具体体现。
本文对迄今为止国内外关于钢筋、混凝土和钢筋混凝土结构构件的恢复力模型的研究成果进行了汇总和简要评述，分析了现有恢复力模型存在的主要问题，在此基础上提出恢复力模型今后的研究建议。
关键词：钢筋混凝土；恢复力模型；骨架曲线；滞回规则1前言恢复力模型是根据大量的从试验中获得的恢复力与变形关系曲线经适当抽象和简化而得到的实用数学模型，是构件的抗震性能在结构弹塑性地震反应分析中具体体现。
若仅用静力非线性分析，模型一般是指力与变形关系骨架曲线的数学模型；而如果是用于结构动力非线性时程分析，恢复力模型不仅包含骨架曲线，同时也包含各阶段滞回环的数学模型。
就钢筋混凝土结构而言，恢复力模型的研究可以分为两个层次：第一层是材料的恢复力模型，主要用于描述钢筋及混凝土的应力-应变滞回关系，它是钢筋混凝土构件恢复力模型计算的基础；第二层次是构件的恢复力模型，主要用于描述构件截面的Mφ-滞回关系或构件的P∆-滞回关系。
2 钢筋混凝土材料的恢复力模型研究很多学者对钢筋混凝土材料的恢复力做了各种各样的研究，并提出了各自的恢复力模型，以下仅将应用比较多的进行阐述和归纳。
2.1 反复荷载作用下混凝土单轴下滞回本构模型2.1.1朱伯龙模型1980年，朱伯龙在研究反复荷载作用下钢筋混凝土构件截面弯矩-曲率关系和荷载-挠度滞回曲线时，通过试验提出了一个混凝土单轴滞回本构模型。
该模型如图2.1.1所示，模型的骨架曲线、卸载及再加载曲线都采用曲线方程。
该模型除给出混凝土受压区卸载、再加载曲线方程外，还能够考虑混凝土受拉开裂后重新受压的裂面效应，所以是一个比较全面的模型，该模型主要公式如下(该模型规定受压为正，受拉为负)。
图2.1.1朱伯龙模型(1) 骨架曲线 骨架曲线的方程为：)(){}1212122=12000.2c c c c c ck f k k f εεεεεσεεεεεεε+≤⎧⎪⎪⎡⎤--≤<⎨⎣⎦⎪≥⎪⎩c c (2.1.1)① 卸载曲线段方程(图2.1.1中AB 段)：()()un c 0.21.80.2 1.8un unun un un un un εεσεεεεσεεσεεεε-⎧≤⎪-⎪=⎨-⎪>⎪-⎩c (2.1.2)②在加载曲线方程(图2.1.1中BC 段)：c c 21021+02210220con w con un c c con un c un un un un un un c un un un c εσεεεεεεσεεεεεεσεεεσεεεεεεεεεεεεσεεεεεεεεε⎧⎛⎫-≤<⎪ ⎪+⎝⎭⎪⎪⎛⎫⎪-≤> ⎪⎪+⎪⎝⎭⎨⎛⎫⎛⎫⎪-+><≥ ⎪ ⎪⎪++⎝⎭⎝⎭⎪⎛⎫>≥≥ ⎪++⎝⎭⎩w 且 且且 且且⎪⎪⎪ (2.1.3)上式中:c f 为混凝土的单轴抗压强度，c ε为混凝土峰值压应变，k 1为系数，取值范围为 0.8~1.0，un ε、un σ为卸载点的应力、应变，con σ为0ε=时的接触应40.322w c con c w c f εεσεε⎡⎤-=+⎢⎥+⎣⎦。
恢复力模型研究
恢复力模型研究状况1 前言恢复力模型是根据大量从试验中获得的恢复力与变形的关系曲线经适当抽象和简化而得到的实用数学模型,是结构构件的抗震性能在结构弹塑性地震反应分析中的具体体现。
通常用恢复力曲线表示。
它反映了结构或构件在反复受力过程中强度、刚度、延性、耗能等方面的力学特性,并理想化地反映结构或构件的抗震性能。
它的选取是确定恢复力模型和进行结构弹塑性反应分析的基础。
若仅用于静力非线性分析,恢复力模型一般是指力与变形关系骨架曲线的数学模型;而如果是用于结构的动力非线性时程分析,恢复力模型不仅包含骨架曲线,同时也包括各变形阶段滞回环的数学模型。
就钢筋混凝土结构而言,恢复力模型的研究可以分为两个层次:第一层次是材料的恢复力模型,主要用于描述钢筋及混凝土的应力-应变滞回关系,它是钢筋混凝土构件恢复力模型计算的基础;第二层次是构件的恢复力模型,主要用于描述构件截面的M-φ滞回关系或构件的P-Δ滞回关系。
一个钢筋混凝土结构构件的恢复力模型必须具备:①具有一定的精度,能体现实际结构或构件的滞回性能,并能在可接受的限度内再现试验的结果;②简便实用,不会因模型本身的复杂性而造成结构动力非线性分析不能有效进行。
2 恢复力模型研究从试验得出的恢复力-变形关系曲线比较复杂,难以直接应用到实际的工程中,一般需要加以简化,得出用数学计算式表达的模型。
根据研究的问题是平面结构还是空间结构的不同,恢复力模型可分为:平面结构恢复力模型和空间结构恢复力模型。
根据模型曲线形状,恢复力模型又分为曲线型和折线型。
2.1平面结构恢复力模型平面结构的恢复力模型在实际的工程中得到了很广泛的应用。
概括的说,可分为曲线型模型和折线型模型。
2.1.1曲线型模型.曲线型恢复力模型的刚度是连续变化的,与实际工程较为接近,模拟精度较高;但是刚度确定和计算方法存在不足,因而目前较少采用。
这类模型中较早提出的是适合于钢材的“Ramberg-Osgood”模型。
压弯构件恢复力模型骨架曲线的研究
压弯构件恢复力模型骨架曲线的研究近年来，随着工程建筑技术的发展，压弯构件是结构分析的重要组成部分，广泛应用于工程建筑领域。
压弯构件恢复力模型骨架曲线的定义、拟合和应用一直是结构分析领域的研究难题。
本文将从两个方面对压弯构件恢复力模型骨架曲线的研究进行讨论：首先就压弯构件恢复力模型骨架曲线的定义、拟合和应用进行深入分析；其次，通过实际案例研究，结合工程实际应用，检验压弯构件恢复力模型骨架曲线的正确性和准确性。
首先，从定义上讲，压弯构件恢复力模型骨架曲线是一种表示构件荷载-变形特征的函数，即压弯构件在受荷载作用下，以何种变形作为荷载的应力-应变关系函数。
通常情况下，压弯构件恢复力模型骨架曲线可以通过实验、理论推导和经验模型这三种方式进行拟合。
实验法又称应力-应变对比法，其方法是对压弯构件进行应力应变实验，在特定的载荷下，实验变形为压弯构件恢复力模型骨架曲线的坐标点，以此为基础，拟合出压弯构件恢复力模型骨架曲线，优点是可以获得更准确的模型，但缺点是实验成本昂贵，拟合结果受实验条件和噪声影响。
理论推导是根据物理原理，借助现有理论，结合反映构件本质特性的参数，推导出压弯构件恢复力模型骨架曲线的参数，获得更加准确的模型，但其缺点是计算量大，要求较高。
经验模型是常用的建模方法，模型有可能不准确，但可以保证计算的结果的可靠性，计算速度也比较快，属于大众化的建模方法，有一定的实用性。
其次，本文还将从实践出发，从工程实际应用角度出发，用实际案例来检验压弯构件恢复力模型骨架曲线的准确性。
首先，构筑模型，结合实际参数，采用有限元分析方法，进行不同荷载下的模型分析，获得得出受压构件实际变形的参数，然后将实验结果和模型计算结果进行比较，以检验模型的准确性。
综上所述，本文从定义、拟合和实践出发，就压弯构件恢复力模型骨架曲线的研究进行了深入的剖析。
定义上，压弯构件恢复力模型骨架曲线可以通过实验、理论推导和经验模型这三种方式进行拟合；实践上，本文将以实际案例来检验压弯构件恢复力模型骨架曲线的准确性，以此确保工程实际应用的可靠性。
方钢管混凝土压弯构件荷载_位移滞回性能研究
方钢管混凝土压弯构件荷载-位移滞回性能研究*陶 忠 韩林海(哈尔滨建筑大学 哈尔滨 150090)摘 要:在弯矩-曲率滞回关系分析的基础上,利用数值方法计算方钢管混凝土压弯构件的荷载-位移滞回关系,并对计算结果进行了大量试验验证。
在理论分析和试验验证的基础上,全面考察构件轴压比、长细比等参数对滞回关系的影响,最后给出构件荷载-位移滞回关系恢复力模型及构件位移延性系数等的简化计算公式。
关键词:方钢管混凝土 滞回性能 轴压比 长细比 恢复力模型 延性系数RESEARCH ON THE LOAD -DEFORMATION HYSTERETIC BEHAVIORS OF CONC RETE FILLED SQUARE STEEL TUBES SUBJEC TED TO COMPRESSION -BENDINGTao Zhong Han Linhai(Harbin University of Civil Engineeri ng and Architecture Harbin 150090)Abstract :On the basis of analysis of the moment -curvature hysteretic behavior,a numerical anal ysis method isapplied to analyze the load -deformation hysteretic behavior of concrete fil led square steel tubes,and the analytical results agree w ell w ith those of the tests satisfactorily.T hen the influencing factors to skeleton curve such as axial compression rati o,slenderness ratio are illustrated.Fi nally,a restoring force model of the load -deformation is presented and the corresponding simplified formulae of the parameters in th e model and ductility coeffici ent are proposed as w ell.Keywords :concrete filled square steel tubes hys teretic behavior axial compression rati o slendernes s rati orestoring force model ductility coefficient*霍英东教育基金会资助项目。
钢筋混凝土受弯构件恢复力模型研究
文章编号:100926825(2009)0120106202钢筋混凝土受弯构件恢复力模型研究收稿日期:2008208218作者简介:吴年超(19832),男,助理工程师,江西赣粤高速公路工程有限责任公司,江西南昌 330013徐一卓(19822),男,助理工程师,西安市市政设施局桥梁维护管理所,陕西西安 710000吴年超 徐一卓摘 要:介绍了各种组成材料的恢复力模型,在此基础之上,对现今的混凝土构件恢复力模型存在的问题进行了阐述,为工程设计人员更好地理解此类构件的本构关系,同时为指导抗震设计工作提供一定的借鉴。
关键词:钢筋混凝土,抗震,恢复力模型,本构关系中图分类号:TU375文献标识码:A0 引言在抗震设计中,对于预应力混凝土构件的塑性铰截面是否具有足够的能量耗散能力是备受关注的问题。
结构或构件在荷载循环往复作用下得到的荷载—变形曲线叫做滞回曲线,滞回曲线的外包络线称为骨架曲线。
滞回曲线与骨架曲线合称恢复力曲线,它表示结构或构件的变形履历过程[1]。
实际的恢复力特性需简化成一定的恢复力模型才能用于结构分析与计算。
恢复力模型是描述结构所受外力与仅由此外力引起的位移之间的函数关系的数学模型。
1 钢筋的应力—应变滞回关系研究早在1887年,德国J ,Bauschinger 通过对钢材的拉压试验,指出当钢材在一个方向加载屈服后,反向加载屈服应力显著降低。
此后这种现象就被称作“包辛格效应”。
钢筋的滞回特性常通过应力、应变的隐式函数来描述,主要有两种方法:1)基于钢筋的应力—应变本构关系;2)基于几何近似的有限单元表达式,如基于位移的考虑几何约束的有限单元和截面模型。
钢筋混凝土构件中考虑钢筋的包辛格效应对构件滞回性能影响的研究始于20世纪60年代。
Singh 等于1965年指出钢筋的包辛格效应会影响钢筋混凝土构件塑性阶段的滞回性能。
此后,Agrawl ,Brown 以及K ent 等开展了钢筋应力—应变滞回特性的研究,提出了许多考虑钢筋硬化和包辛格效应的应力—应变滞回模型。
钢筋混凝土剪力墙构件恢复力模型_张松
2009年07月第25卷第4期 沈阳建筑大学学报(自然科学版)J o u r n a l o f S h e n y a n gJ i a n z h uU n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c e ) J u l . 2009V o l .25,N o .4 收稿日期:2008-06-29基金项目:国家自然科学基金创新研究群体项目(50621062)作者简介:张松(1981—),男,博士,主要从事钢筋混凝土结构抗震研究.文章编号:1671-2021(2009)04-0644-06钢筋混凝土剪力墙构件恢复力模型张 松,吕西林,章红梅(同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092)摘 要:目的研究R C 剪力墙构件并给出其基于试验结果的恢复力模型.方法在同济大学土木工程防灾国家重点实验室进行了15片变参数剪力墙构件的拟静力试验,分析了剪力墙构件骨架曲线和滞回规律的特点.提出了以屈服点、峰值点和极限点为特征点,包括负刚度段的三折线骨架曲线模型.结果从理论分析和试验数据得到影响特征点值的主要影响因素,给出了骨架曲线的计算方法.给出了滞回模型,再加载刚度K l 和卸载刚度K u 1、K u 2的计算方法及剪力墙构件恢复力模型的计算方法.结论利用已有剪力墙构件试验结果对笔者的计算方法进行了验证,结果符合较好.计算方法简单,便于工程应用.关键词:恢复力模型;剪力墙;抗震性能;轴压比;配箍特征值;剪跨比中图分类号:T U 375.3 文献标志码:A 0 引 言随着基于性能抗震设计方法的发展,要求计算结构在地震作用下的非线性响应,这就对结构弹塑性静/动力分析方法提出了更高的要求[1-2].而进行弹塑性动力分析,首先需要解决的问题便是构件层次的滞回模型.对于钢筋混凝土柱国内外进行了许多研究[3-5],也提出了构件层次的滞回模型[6],由于剪力墙构件的截面形式、配筋以及受力机理更为复杂,影响因素众多,用于弹塑性动力时程分析的模型还很不完善.目前进行整体结构弹塑性动力时程分析的宏模型主要有等效梁模型、墙板单元、等效支撑模型、三垂直杆元模型和多垂直杆元模型[7-11],文献[7]指出多垂直杆元模型是目前较为理想的一种计算模型,推导了其刚度矩阵,计算抗剪刚度时,考虑了受弯和受剪之间的相互作用,文献[12]利用多垂直杆元模型推导了剪力墙的滞回模型.但是多垂直杆元模型还是以平截面假定为基础,对于剪力墙这种剪切变形影响很大的构件,并不合适,而且其中的滞回规则,是建立在少数剪力墙构件的试验基础之上,还缺乏广泛性.文献[8]在搜集了国内外共106个试件试验数据的基础上给出了剪力墙构件屈服位移角和极限位移角的计算方法,虽然试件总数很多,但由于试件试验条件不同以及研究的试验参数并不保证全部正交,其计算方法还有待检验.笔者在同济大学土木工程防灾国家重点实验室进行了15片变参数剪力墙构件的拟静力试验,比较系统地研究了影响典型剪力墙构件抗震性能的主要设计参数,试验保证所有研究参数正交,通过试验结果和理论分析,得到了剪力墙构件的滞回模型.1 剪力墙构件的拟静力试验采用伺服作动器施加水平荷载,竖向荷载用液压千斤顶施加,屈服前用力控制加载方式,屈服后用位移控制加载方式.剪力墙构件的设计参数见表1.第25卷张 松等:钢筋混凝土剪力墙构件恢复力模型645 表1 剪力墙构件的设计参数参数研究试件编号轴压比剪跨比砼强度等级边缘纵筋配筋边缘约束区长度/m m箍筋S W 1-10.212.0C 306Υ10200 6@80变换轴压比S W 1-20.422.0C 306Υ10200 6@80S W 1-30.632.0C 306Υ10200 6@80S W 1-40.842.0C 306Υ102006@80S W 2-10.631.0C 406Υ10200 6@80变换剪跨比S W 2-20.631.5C 406Υ10200 6@80S W 2-30.632.0C 406Υ10200 6@80S W 2-40.632.5C 406Υ102006@80变换混凝土强度S W 3-1同S W 1-2S W 3-2同S W 2-3S W 4-10.632.0C 406Υ8200 6@80变换边缘纵筋配筋率S W 4-20.632.0C 406Υ10200 6@80S W 4-3同S W 2-3S W 4-40.422.0C 406Υ12200 6@80S W 5-10.632.0C 406Υ10250 6@80变换边缘约束区长度S W 5-2同S W 2-3S W 5-30.632.0C 406Υ10150 6@80S W 6-10.632.0C 406Υ10200 4@80变换配箍特征值S W 6-2同S W 2-3S W 6-30.632.0C 406Υ102006@60 注:轴压比为重力荷载代表值作用下的设计轴压比,具体计算方法见文献[10].2 骨架曲线的确定部分试件骨架曲线的试验结果见图1.由图1可看出,剪力墙骨架曲线并没有明显的转折点,但在峰值点前存在明显的刚度强化现象,在峰值承载力点之后也有明显的负刚度段.因此骨架曲线必须考虑屈服后的刚度强化和峰值承载力点之后的负刚度.考虑实际应用方便,骨架曲线取三线型,如图2所示.y 点为屈服点,m 点为承载力峰值点,u 点为极限点.图1 试验构件的骨架曲线2.1 屈服位移的计算对于剪力墙这种截面长宽比很大的构件,随着结构非线性变形的增加平截面假定所产生的误差也越来越大,剪切变形的影响也不能不考虑.试件屈服也不是由单一的边缘钢筋屈服或边缘混凝土屈服决定,而是这两种作用的综合结果,屈服位移和边缘钢筋以及混凝土的屈服应变必然存在联系.不是边缘混凝土屈服后便立即进入塑性段,而是混凝土有一定的塑性变形后构件才进入塑性段,所以配箍特征值对屈服位移的影响也不能忽略.文献[8-9]都认为,轴压比和剪力墙的屈服位移没有明显关系.结合理论分析和试验数据,认为剪力墙的屈服位移和剪跨比、边缘钢筋的屈服应变以及边缘配箍特征值相关.图2 剪力墙构件的骨架曲线模型 剪力墙的屈服曲率[9]为Δy =f (λv ,λ)13εs h wH 2,(1)f (λv ,λ)=2.90+2.10λv -0.59λ,(2)式中:Δy 为剪力墙构件的屈服位移;εs 为剪力墙构件边缘钢筋的应变;h w 为剪力墙构件的截面高度;H 为剪力墙构件的高度;λv 为剪力墙构件的边缘配箍特征值;λ为剪力墙构件的剪跨比.式(2)为由试验数据多元线性拟合的考虑配646 沈阳建筑大学学报(自然科学版)第25卷箍特征值λv,剪跨比λ对屈服位移的影响因子,配箍特征值可考虑屈服时边缘箍筋对边缘混凝土应变的提高,剪跨比可考虑剪切变形的影响,且与剪跨比成反比.2.2 峰值强度的计算峰值强度按现行《高层建筑混凝土结构技术规程》计算.2.3 屈服强度和峰值强度、峰值位移和屈服位移以及弹性刚度和负刚度的关系 剪力墙试件的峰值荷载和屈服荷载的比值、骨架曲线强化段在水平轴上的投影长度和屈服位移的比值以及弹性刚度和负刚度的比值与边缘构件的配箍特征值、轴压比、剪跨比和边缘约束区面积和截面面积的比值有较大的关系,对试验结果的多元线性拟和可得关系式为F m a xF y=2.05-0.31n +0.40λv -0.34λ,(3)ΔF m a x -ΔyΔy=4.25-2.50n +7.19λv -0.27λ-11.39r a ,(4)K nK e =-0.33-0.08n+0.48λv +0.55λ+0.49r a ,(5)式中:F m a x 为承载力峰值点强度;F y 为屈服点强度;n 为轴压比;ΔF m a x 为承载力峰值点位移;Δy 为屈服点位移;K e 为骨架曲线上弹性刚度;K n 为骨架曲线上承载力峰值点后的负刚度,如计算值为正值则不存在下降段;r a 为边缘约束区面积和总截面面积的比值.图3为试验中15片剪力墙构件骨架曲线特图3 试件骨架曲线特征点预测值和试验值的对比第25卷张 松等:钢筋混凝土剪力墙构件恢复力模型647 征点的公式预测值和试验值的比较.屈服特征点的计算方法为几何作图法,具体计算方法见文献[11],根据试验结果对极限强度定义为峰值强度的0.95倍.由图中可看出各个特征点位移的离散程度要大于响应强度的离散程度.图4为收集整理的文献[13-17]中14片剪力墙试验试件的极限位移试验值和笔者方法计算值的对比图.因为相关文献中有的没有给出全部的试验值,且极限位移的离散程度要大一些,计算过程基本上涉及所有的关系式,因此只给出了极限位移的对比图.图4 试件极限位移计算值和试验值的对比3 滞回规律的确定文献[12-14]中的滞回规律,为了考虑捏拢现象对卸载刚度和再加载刚度均按两折线计算,并计算出刚度的转折点.图5为剪力墙构件试验中的典型单圈滞回环,由图中可看出构件的加载刚度基本上为线性变化,可以用最大荷载点与零荷载点间直线的斜率表示.而卸载刚度可以用两折线表示,以最大位移点与卸载曲线上力等于屈服承载力的点之间直线的斜率为第一卸载刚度和零荷载点与卸载曲线上力等于屈服承载力的点之间直线的斜率为第二卸载刚度确定. 剪力墙试件的卸载刚度和加载刚度随着位移幅值的增加而退化,其退化规律和剪力墙试件的轴压比、设计参数和反复加载次数等相关.通过分析试件的试验结果,得到试件的卸载刚度和加载刚度主要与加载峰值点或卸载点对应的位移值、屈服位移、轴压比、边缘构件配箍特征值和剪跨比这些因素相关.参考文献[6]用E x c e l 软件对试验数据分别按线性、对数多项式、乘幂、指数等形式进行回归分析,发现乘幂形式的相关系数最高,因此按式(6)～(8)对试验数据进行多元非线性回归,得到式(9)～(11).图5 屈服后滞回环试验曲线与模型化曲线 K l =K e (Δy Δ)a ,(6)K u 1=K e(Δy Δ)b 1,(7)K u 2=K e (Δy Δ)b 2,(8)a =1.07+0.22n -1.19λv +0.09λ,(9)b 1=2.49-2.90n +5.41λv -2.13λ,(10)b 2=1.32-0.42n +0.09λv -0.33λ,(11)式中:K l 为再加载刚度;K u 1为第一卸载刚度;K u 2为第二卸载刚度;Δ为加载峰值点对应的位移绝对值.4 恢复力模型的计算方法依据以上试验数据对剪力墙构件的骨架曲线和滞回规律进行了研究,下面给出计算恢复力模型的具体步骤:(1)由式(1)和(2)计算屈服位移;(2)按现行规范计算得到构件的峰值强度;(3)由式(3)计算得到屈服强度;(4)由式(4)计算得到峰值强度处的峰值位移;(5)由屈服强度和屈服位移计算弹性刚度K e =F y /Δy ,再由式(5)计算结构峰值承载力点后的负刚度,对极限强度一般取峰值强度的85%,但是由于剪力墙的延性较小,在此次试验中构件得到的极限强度度约为峰值强度的95%,因此取峰值强度的95%作为剪力墙构件恢复力模型的极限强度,并得到极限位移;(6)对在加载刚度和卸载刚度按式(6)～式(11)计算,首次加载沿骨架曲线变化,卸载时刚度按K u 1、K u 2计算,在加载时按K l计算.图6为剪力墙构件恢复力曲线由本方法的计648 沈阳建筑大学学报(自然科学版)第25卷算值和试验值的比较.从图中可看出,计算恢复力曲线和试验恢复力曲线接近,因此笔者提出的恢复力模型可应用到整体结构的抗震性能分析中.图6 计算滞回曲线和试验滞回曲线的比较5 结 论(1)根据试验数据可知剪力墙构件骨架曲线模型须考虑屈服后的刚度强化和峰值承载力后的负刚度,提出了三折线形式的骨架曲线模型.(2)由理论分析和试验数据得到影响屈服位移的主要因素有截面高度、边缘钢筋的屈服强度、试件高度、边缘配箍特征值;峰值强度和屈服强度的比值主要与轴压比、边缘配箍特征值和剪跨比相关;骨架曲线强化段在水平轴上的投影长度和屈服位移的比值以及弹性刚度和峰值承载力后的负刚度的比值与边缘构件的配箍特征值、轴压比、剪跨比和边缘约束区面积和截面面积比值有较大关系.(3)根据试验结果屈服后单圈滞回环的特点提出了以再加载刚度和卸载刚度K u 1、K u 2的滞回规律,给出了计算方法.(4)提出的恢复力模型计算简单,比较全面的考虑了主要影响因素,15片变参数剪力墙构件严格按正交方法设计,试验数据较为真实地反应了各设计参数对恢复力模型的影响趋势.参考文献:[1] 韩建平,吕西林,李慧.基于性能的地震工程研究的新进展及对结构非线性分析的要求[J ].地震工程与工程振动,2007,27(4):15-23.[2] 马宏旺,吕西林.建筑结构基于性能抗震设计的几个问题[J ].同济大学学报,2002,30(12):1429-1434.[3] 张国军,吕西林,刘伯权.钢筋混凝土框架柱在轴压比超限时的抗震性能的研究[J ].土木工程学报,2006,39(3):47-54.[4] L i n g o B ,J o A n nB ,A d o l f o M.D r i f t -d e p e n d e n t c o n -f i n e m e n t r e 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t r u c t u r a lE n g i n e e r i n g.S h a n g h a i: T o n g j i U n i v e r s i t y,2007.E x p e r i m e n t a l a n dA n a l y t i c a l S t u d i e s o nR e s i l i e n c eMo d e l s o f R CS h e a r Wa l l sZ H A N GS o n g,L X i l i n,Z H A N GH o n g m e i(S t a t e K e yL a b o r a t o r y f o r D i s a s t e r R e d u c t i o n i n C i v i l E n g i n e e r i n g,T o n g j i U n i v e r s i t y,S h a n g h a i C h i n a,200092)A b s t r a c t:I n o r d e r t o c a p t u r e t h e e s s e n t i a l f e a t u r e s o f R Cs h e a r w a l l r e s i l i e n c e m o d e l,t h e p s e u d o-s t a t i c t e s t o f 15R Cs h e a r w a l l s c o n s i d e r i n g d i f f e r e n t p a r a m e t e r s h a s b e e n c o n d u c t e d i n s t a t e k e y l a b o r a t o r y f o r d i s a s t e r r e-d u c t i o n i n c i v i l e n g i n e e r i n g.At r i-l i n e a r s k e l e t o n c u r v e m o d e l i n c l u d i n g s t i f f n e s s d e g r a d a t i o n i s p r o p o s e d a n d c h a r a c t e r i z e d b y t h r e e p o i n t s,w h i c h a r e y i e l d p o i n t,p e a k p o i n t a n d l i m i t p o i n t.U s i n g a n a l y t i c a l a n d e x p e r i-m e n t a l d a t a,t h e p a r a m e t e r s c a n b e d e t e r m i n e d.A f t e r a n a l y s i s,r e l o a d i n g s t i f f n e s s a n d u n l o a d i n g s t i f f n e s s w e r e p u t f o r w a r d.A t l a s t,t h e c a l c u l a t i o n m e t h o d s f o r r e s i l i e n c e m o d e l s o f R Cs h e a r w a l l s w e r e p r o p o s e d.C o m p a r-i s o n o f a n a l y t i c a l e s t i m a t i o n s w i t h e x p e r i m e n t a l m e a s u r e d r e s p o n s e r e f e r r e d i n o t h e r p a p e r s s h o w s g o o d r e-s u l t s.A n d t h e r e s i l i e n c e m o d e l s p r o p o s e d c o n s i d e r m a i n i n f l u e n t i a l f a c t o r s a n d c a n b e c a l c u l a t e d s i m p l y a n d a p p l i e d f o r p r a c t i c a l p u r p o s e c o n v e n i e n t l y.K e y w o r d s:r e s i l i e n c e m o d e l;s h e a r w a l l s;s e i s m i c p e r f o r m a n c e;a x i a l c o m p r e s s i o n r a t i o s;s t i r r u pp a r a m e t e r; s h e a r s p a n-t o-d e p t h r a t i o。
高温下钢筋混凝土压弯构件的试验研究
高温下钢筋混凝土压弯构件的试验研究高温下钢筋混凝土压弯构件的试验研究，听起来是不是有点复杂？说白了就是在高温条件下，看看钢筋混凝土这种建筑材料能撑多久，能扛多大压力。
这可是关乎咱们生活的安全问题，不管你住的是高楼大厦，还是低矮的住宅，都离不开这种材料。
话说回来，想想也是奇妙，钢筋混凝土居然能这么坚固，真是现代建筑的“脊梁”。
但是，如果在炎热的夏天或者火灾这样的高温环境下，它还能够撑得住吗？哎，这就得通过试验来一探究竟了。
得明确一点，钢筋混凝土的“能力”是有极限的，尤其是在高温下。
钢筋就像咱们的骨头一样，失去了强度之后，它的支撑力就会大打折扣，别说再承重了，甚至就连原有的结构稳定性也可能受到影响。
所以，在火灾或者其他高温环境下，钢筋混凝土压弯构件的表现就变得尤为重要。
要知道，普通的钢筋在温度达到200℃左右时，就开始变软，到400℃左右，强度下降一大半，温度再高一点，钢筋就基本丧失了它应有的支撑力。
不过，话说回来，试验这东西可不是简单的把钢筋混凝土放进热乎乎的环境里就算了事。
高温的测试可得有点“动作”，比如设置一系列的火源、加热器，模拟真实的高温场景，看看这些材料在不同的高温下究竟能承受多少负荷，持续多久。
比如，实验人员就会把钢筋混凝土构件暴露在不同温度的环境中，有的会在600℃甚至更高的温度下进行测试。
这种高温让人想起了烤炉里的食物，钢筋混凝土也会慢慢“变味”，不过它不会变得香喷喷，反而会开始变得脆弱，像一个高温下的“老头儿”，各项性能逐步退化。
这么一做，试验结果就能反映出在火灾或者类似极端温度情况下，钢筋混凝土会遇到什么样的问题。
你以为它只是“烧得热”而已吗？错了！在高温下，钢筋混凝土的变形、裂缝扩展、甚至结构崩塌等问题都会出现。
而这些问题，不仅仅会影响建筑本身的安全，甚至可能导致灾难性的后果。
所以，研究高温下的钢筋混凝土压弯构件，实际上是在为人们的生命财产安全铺路。
通过试验研究，能更好地发现钢筋混凝土的缺陷，找到合适的解决方案，提升材料的抗高温性能，让它们在极端环境下依旧能挺立。
钢管再生混凝土压弯构件滞回性能研究
钢管再生混凝土压弯构件滞回性能研究摘要：钢管再生混凝土作为一种新型的环保建材，其应用范围逐渐扩大。
本文通过实验研究，探讨了钢管再生混凝土压弯构件的滞回性能。
结果表明，钢管再生混凝土压弯构件具有良好的滞回性能，可以满足工程设计要求。
关键词：钢管再生混凝土，压弯构件，滞回性能引言：钢管再生混凝土是指将废旧钢管与混凝土结合而成的一种新型建材。
随着环保意识的提高和资源回收利用的重视，钢管再生混凝土的应用逐渐增多。
目前，钢管再生混凝土主要用于压弯构件的制作，如梁、柱等。
然而，关于钢管再生混凝土压弯构件的滞回性能研究还比较有限。
实验方法：本实验选取了一批直径为100mm的废旧钢管，并进行清洗和表面处理，使其达到可再生利用的要求。
然后，将钢管填充混凝土，制作成压弯构件。
在实验过程中，通过加载和卸载的循环加载方式，对钢管再生混凝土压弯构件进行滞回性能测试。
实验结果：实验结果显示，钢管再生混凝土压弯构件的滞回性能良好。
在加载过程中，钢管再生混凝土压弯构件的应力-应变曲线呈现出明显的非线性特征。
在卸载过程中，构件的滞回曲线与加载曲线基本重合，表明钢管再生混凝土压弯构件具有较好的恢复能力。
此外，通过观察构件的破坏形态，发现钢管再生混凝土压弯构件的破坏主要发生在混凝土内部，钢管起到了良好的保护作用。
讨论与结论：钢管再生混凝土压弯构件具有良好的滞回性能，可以满足工程设计要求。
这主要得益于废旧钢管的良好的延性和混凝土的高强度特性。
因此，在实际工程中，可以考虑采用钢管再生混凝土作为压弯构件的材料，以达到环保和经济效益的双重目标。
总结：钢管再生混凝土压弯构件的滞回性能研究对于推广和应用该新型建材具有重要意义。
本文通过实验研究，证明了钢管再生混凝土压弯构件具有良好的滞回性能。
未来的研究可以进一步探索钢管再生混凝土在其他结构中的应用，并加强对其力学性能的研究。
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图 1 混凝土构件滞回模型
双线性模型 (Bi2linear) [2] 由 Penizen (1962) 根据钢材的弹塑性试验结果首次提出 ,将加载刚度和卸载 刚度均取为初始刚度值 K0 ,并充分地考虑了钢材的包辛格效应和应变硬化 ,由于其简单实用 ,因而广泛用 于钢筋混凝土结构的非线性分析中. 实际应用中 ,双线型模型又可进一步分为正双线性 、理想弹塑性和负 双线性三种情况. Clo ugh 和 Jo hnsto n (1966) 突破了钢材恢复力模型的局限性 ,认为卸载刚度仍等于初始 刚度 ,但加载时考虑刚度退化 ,对双线型模型进行改进 ,提出了退化双线型模型 ,也称为 Clo ugh 模型[3] . 它 能较好地符合钢筋混凝土构件动力性能的主要特性 ,同时其滞回规则又比较简单 ,很快被工程界接受 ,并 应用于 DRA IN220 和 SA KE 等程序中. 武藤清模型是 Clo ugh 模型的改进形式 ,与 Clo ugh 模型相比 ,武藤 清模型多加了两段 (正 、负向各一段) 直线 ,且这两段上的卸载回线经过原点 ,达到其转折点相对应的一个 点为止 ,在变形超过屈服点后 ,其滞回规律与 Clo ugh 模型相同. Takeda 、Sozen 和 Niel so n (1970) [4] 从较多 的钢筋混凝土构件的恢复力特性中抽象出能够更加细致地模拟钢筋混凝土构件真实恢复力特性的退化三 线型模型 ,它是以裂缝的发生点和屈服点为转折点的三直线包络线 ,并且考虑了开裂引起的刚度降低和反 复荷载对刚度退化的影响. Takeda 模型具有较复杂的滞回规律 ,其最大特点是考虑了卸载时混凝土构件 刚度的非线性退化. Saiidi (1982) [5] 把 Clo ugh 模型的简单方便和 Takeda 模型刚度退化特征结合起来 ,提 出了一种能反映钢筋混凝土受弯构件滞回特性的恢复力模型 ,该模型因其简单适用的特点 ,而广泛应用于 RC 结构中. Mander (1984) 在上述模型的基础上 ,提出一条三折线骨架曲线和一个由两条三折线构成的滞 回环组成的恢复力模型 ,通过调整 2 个模型参数α和β的取值来模拟各种刚度的退化. Park 等 (1985) 提出 的三折线骨架曲线是目前考虑因素最全面的一种模型 ,该模型考虑了刚度退化 、强度退化和捏拢效应的影 响 ,认为其刚度退化和强度退化不仅与构件非弹性变形的最大值有关 ,而且也与非弹性变形循环的次数有 关 ,反映在滞回规则中就是抛弃前述规则中的最大值指向型的刚度确定方法 ,这实际上是应用了地震作用 下的结构低周疲劳损伤的一些结论 ,引入累积损伤的概念 ,即滞回规则中不再简单采用最大值指向型 (顶
近些年来 ,国内外一些学者研究了特殊材料 、特殊环境和钢筋混凝土组合构件的恢复力模型 ,使恢复 力模型的研究范围进一步扩大了. Saisho M 、Tsuji D 和 Nishimto Y(2000) [15] 从钢管混凝土柱的往复加载 试验中得到了钢管混凝土柱的恢复力模型. 这个模型是由三线型模型和 Clo ugh 模型组成 ,适用于强烈地 震时 CF T 框架的地震反应分析. 陈杨泽和梅仲华 (2003) [16] 提出用三线型恢复力模型来描述型钢混凝土 柱不同阶段的剪力和位移之间关系 ,并推导了模型中各个特征参数的计算公式 ,为高层组合结构的弹塑性 时程分析提供了理论基础. 周颖和吕西林 (2004) [17] 在实验基础上统计了反映空腹式劲性钢筋混凝土柱 (L SRC 柱) 在低周反复荷载作用下的强度退化 、刚度退化以及滑移等现象的滞回规律 ,从而构造出 L SRC 柱定点指向型恢复力模型. 阎石和肖潇等 (2005) [18] 针对高强钢筋高强混凝土柱的特点 ,考虑其刚度退化 和强度退化 ,采用基于截面条带法的数值分析方法 ,将高强钢筋高强混凝土柱的恢复力模型理想化为退化 双线型模型. 贡金鑫和李金波等 (2005) [19] 将受腐蚀钢筋混凝土构件的 p - f 曲线修正为 p - f corro 曲线作 为骨架曲线 ,研究中引入耐久性的思想 ,考虑构件腐蚀后 ,钢筋截面面积的减少 、出现顺锈裂缝及钢筋与混 凝土间粘结性能减弱等因素 ,确定受腐蚀钢筋混凝土构件的恢复力模型仍可采用现有的恢复力模型. 陈新 孝和牛荻涛等 (2005) [20] 通过对锈蚀混凝土压弯构件低周反复加载下试验数据的统计分析 ,以退化三线型 模型为基础 ,模型参数中引入耐久性损伤参数 ,确定出模型参数与钢筋锈蚀量的计算关系 ,为服役混凝土 构件的地震反应分析与抗震可靠评估奠定基础. 1. 2 空间结构恢复力模型
在过去的 30 多年中 ,国内外对各种平面结构的恢复力性能进行了大量的试验研究 ,提出了各种各样 的恢复力模型 ,总的来说可以分为曲线型和折线型两大类. 1. 1. 1 曲线型模型. 曲线型恢复力模型的刚度是连续变化的 ,与实际工程较为接近 ,模拟精度较高 ;但是 刚度确定和计算方法存在不足 ,因而目前较少采用. 这一类型中较早的是“Ramberg —Osgoo d”模型[1] ,它 最初是为了表示金属材料的恢复力模型而提出来的 ,能较好的模拟恢复力的变化规律 ,具有较高的精度 , 但模拟曲线的数学公式复杂 ,计算量大 ,在实际中很少采用. Takeda 等 (1970) 提出一种考虑卸载刚度退化 的改进的 Clo ugh 模型 , Atalay , et al ( 1975) 提出考虑刚度退化和捏缩效应的曲线模型 , Nakata , et al (1978) 建立捏缩效应及强度和刚度退化的曲线模型 , Y. K. Wen (1982) 提出一种适用于钢筋混凝土材料 的单向光滑滞变模型. 在我国 ,鞠杨和赵忠虎等人将恢复力模型中力和位移的关系看作广义的应力和应变 的关系 ,应用塑性力学理论建立骨架曲线 ,然后用损伤力学理论建立卸载曲线 ,建立了曲线型恢复力模型.
1 恢复力模型研究
恢复力模型是基于结构或构件的大量反复荷载试验 ,做出结构或构件的力和变形关系曲线 ,在统计回 归的基础上加以简化或拟合 ,并采用数学表达式表达. 根据平面还是空间模型 ,钢筋混凝土构件的恢复力 模型可分为两类 :平面结构恢复力模型和空间恢复力模型 ;根据模型曲线的形状 ,恢复力模型又可分为两 类 :分段线性的折线型模型 ( P HM , polygo nal hysteretic model) 和用数学公式描述的曲线型模型 ( S HM , smoot h hysteretic model) . 1. 1 平面结构恢复力模型
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青岛理工大学学报
第 29 卷
点导向型) 规则. 此外较有名的模型还有 Aoyama (1971) 考虑捏拢效应及强度退化的三线型模型 , Muto (1973) 考虑刚度退化的三线型模型 ,Ro ufaiel (1987) 考虑捏拢效应及刚度退化的三线型模型等等.
我国对钢筋混凝土构件恢复力模型的研究始于唐山大地震之后 ,朱伯龙 (1978) 首先对国外钢筋混凝 土构件恢复力特性的试验研究进行了评述 ,此后我国对钢筋混凝土构件的恢复力模型进行了大量的试验 研究. 潘士劼和许哲明 (1980) 提出了一种再加载超前指向型的恢复力计算模型 ,滞回环的“非稳态”现象充 分体现了低周疲劳引起的强度退化. 朱伯龙和张锟联 (1981) [6] 在中长柱 (剪跨比为 0. 6) 实验基础上 ,用统 计方法得到 4 折线的骨架曲线和一系列标准滞回环 ,回归出考虑卸载刚度退化的压弯构件水平力 —位移 恢复力模型. 成文山和邹银生 (1983) [7] 在 109 根压弯构件 (剪跨比为 5. 14) 实验基础上提出了考虑再加载 定点指向和强度退化的恢复力模型. 杜修力和欧进萍 (1991) [8] 结合钢筋混凝土构件疲劳曲线提出一种能 够较好模拟结构在强震作用下同时考虑刚度和强度下降且包括负刚度的恢复力模型. 杜宏彪 (1999) [9] 通 过对 14 根框架柱在斜向反复周期荷载作用下的恢复力特性实验 ,将构件斜方向的截面恢复力模型简化为 考虑卸载刚度退化的三折线模型. 刘继明和张连德等 (2002) [10] 通过对 8 根承受双向偏压剪和反复扭矩作 用下构件的模型试验 ,结合特征滞回环的特征点和滞回曲线的形状 ,拟合出在反复扭矩作用下考虑刚度退 化的滑移型双向压弯剪构件的恢复力模型. 郭子雄和吕西林 (2004) [11] 在高轴压比框架柱 (剪跨比为 31 0) 的低周反复荷载试验研究基础上 ,把骨架曲线理想为三线型或两线型模型 ,建立了能够考虑柱轴压比参数 对滞回特性影响的框架柱剪力 —侧移恢复力模型. 耿继国和李力 (2005) [12] 根据截面承载力的方法 ,对钢 筋混凝土构件的恢复力模型进行推导计算 ,确定采用退化刚度的三线型恢复力模型 ,能比较好地反映出不 同轴力作用下构件的破坏过程. 张国军和吕西林等 (2006) [13] 根据收集到的 28 根轴压比超限时框架柱在 固定轴向荷载和水平反复荷载作用下的试验结果 ,分析回归出的三折线骨架曲线作为轴压比超限时框架 柱的恢复力模型. 张国军 、吕西林和刘伯权 (2007) [14] 根据 108 根高强混凝土框架柱在固定轴向荷载和水 平反复荷载作用下的实验结果 ,并考虑轴压比 、配筋特征值 、剪跨比等多种影响因素 ,确定出高强混凝土框 架柱恢复力模型的骨架曲线及滞回曲线. 由于弹塑性地震反应分析一般采用层间模型 ,因而这些恢复力模 型研究主要是钢筋混凝土压弯构件的横向力 —位移恢复力模型 ,虽然这些模型有很大的局限性 ,但对弹塑 性地震反应分析方法的发展及其在我国的推广起了很大的作用.