王佩璽 盧楊 巴振偉 李修國(guó)
摘 要:在強(qiáng)烈的地震作用下,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了彈性變形、開(kāi)裂、屈服甚至破壞階段,但其允許產(chǎn)生不同程度的損傷。在抗震設(shè)計(jì)中,利用正確的鋼筋混凝土損傷模型是提高建筑物抗震水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。本文回顧了用于抗震設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損傷模型的發(fā)展歷程,并對(duì)各種損傷模型進(jìn)行對(duì)比分析,并在前人研究成果的基礎(chǔ)上,提出了修改后的建議模型。
關(guān)鍵詞:鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);抗震設(shè)計(jì);損傷模型
中圖分類(lèi)號(hào):TU375;TU352.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-3362(2013)09-0072-01
近幾年,我國(guó)頻繁發(fā)生了等級(jí)不等的地震災(zāi)害,地震主要通過(guò)破壞建筑物等工程而給人們帶來(lái)了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。20世紀(jì)90年代,美國(guó)學(xué)者提出了極具發(fā)展前景的設(shè)計(jì)方法,那就是基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論。這是人們對(duì)地震認(rèn)識(shí)的不斷深入和抗震工程學(xué)科持續(xù)發(fā)展的成果??拐鸸こ虒W(xué)科由靜力設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為動(dòng)力設(shè)計(jì),從只考慮單性發(fā)展為考慮兼顧結(jié)構(gòu)彈塑性。所有的建筑物在地震作用下都會(huì)產(chǎn)生一定的損傷,但是有些損傷是可以接受的。為了在地震來(lái)臨時(shí)保證建筑物的牢固,在設(shè)計(jì)建筑時(shí)要考慮它的作用和抗震要求的水準(zhǔn),以此為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)建筑物進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。能不能正確的判定建筑物的地震損傷程度是提高設(shè)計(jì)建筑物抗震性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。
在建筑材料中,鋼筋混凝土仍然是最常用的其中之一,相對(duì)于其他材料,它具有良好的可塑性和耐久性,并且價(jià)格便宜,原料分布廣泛,對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)地震損傷程度的判定是通過(guò)結(jié)構(gòu)損傷模型來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此,對(duì)結(jié)構(gòu)損傷性能的研究具有特別重要的意義。最早提出的損傷模型是Miner的金屬結(jié)構(gòu)損傷模型,此后就有大量學(xué)者專(zhuān)家致力于結(jié)構(gòu)損傷模型的研究,取得了大量的成果。其中Park和Ang提出的變形與能量混合的損傷模型,是被廣泛應(yīng)用的模型之一。本文回顧了用于抗震設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損傷模型的發(fā)展歷程,并對(duì)各種損傷模型進(jìn)行對(duì)比分析,并對(duì)Park一Ang損傷模型進(jìn)行了改進(jìn),提出了修改后的建議模型。
1 典型結(jié)構(gòu)損傷模型
從不同的角度進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷研究,會(huì)有不同的模型,但主要的角度有退化角度、變形角度、還有變形和能量綜合角度等。
1.1 從退化角度考慮的損傷模型
1.3 從變形和能量的綜合角度考慮的損傷模型
隨著該領(lǐng)域研究的不斷深入,地震作用對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件的損傷不但表現(xiàn)在位移超越,還表現(xiàn)在持續(xù)的能量消耗。單單從其中的某一方面來(lái)研究都不能很準(zhǔn)確的判斷結(jié)構(gòu)的損壞程度。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外大量學(xué)者專(zhuān)家綜合這兩個(gè)方面來(lái)對(duì)構(gòu)件破壞的損傷模型進(jìn)行了大量卓有成效的研究,取得了豐碩的成果。
下面對(duì)該模型進(jìn)行簡(jiǎn)單的評(píng)述:鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂時(shí)不會(huì)出現(xiàn)很大的變形,尤其是開(kāi)裂前的變形,而鋼筋混凝土在單調(diào)加載的情況下,它的極限變形相對(duì)較大。因此,在的情況下,構(gòu)件為彈性階段,,修正公式中的第一項(xiàng)的絕對(duì)值趨近于零,結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)也接近0。這表明這個(gè)模型符合現(xiàn)實(shí)直觀的現(xiàn)象,其下限是收斂的。單調(diào)加載至破壞的情況下,,損傷指標(biāo)等于1.0,表明該損傷模型在上限處滿足收斂條件。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損傷模型是否能反映其結(jié)構(gòu)損傷水平,擁有滿足收斂條件的上下限是個(gè)前提。
3 結(jié)語(yǔ)
本文闡述了幾個(gè)典型的用于抗震設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損傷模型,對(duì)其進(jìn)行分析比較。其中,Park-Ang損傷模型應(yīng)用較為廣泛,但其上下限都不滿足收斂條件。針對(duì)上述問(wèn)題,提出了改進(jìn)的損傷模型,修正后的公式能夠滿足邊界條件,能更加準(zhǔn)確的反映鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的損傷程度。
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