钢筋混凝土剪力墙非线性分析二维材料模型研究

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1、第6卷第2期Vo1．6No．22014年4月Apr．2014钢筋混凝土剪力墙非线性分析二维材料模型研究聂祺(中国建筑科学研究院，北京100013)【摘要】本文建立了一种用于钢筋混凝土剪力墙非线性分析的二维混凝土及钢筋本构模型。该模型对混凝土受压、受拉力学行为分别描述，可以对反复荷栽作用下钢筋混凝土剪力墙承载力及变形进行较准确分析。为验证模型适用性，计算单片剪力墙在反复荷载作用下非线性力学行为，结果表明：计算结果反映了剪力墙的滞回特性，初步验证了本文模型的正确性和有效性。【关键词】钢筋混凝土；剪力墙；材料模型【中图分类号】TU375【文献标识码】A【文章编号】1674—

2、7461(2014)02-0045—031引言2材料模型钢筋混凝土剪力墙是目前高层建筑中最有2．1混凝土模型效的抗侧力构件，其有限元模型对高层建筑弹塑2．1．1受压力学行为性分析效率和精度的影响十分重要。其中混凝对于混凝土受压力学行为采用塑性力学模型土和钢筋的材料模型描述是决定钢筋混凝土剪进行描述，屈服函数由文献[1]提出来的，其函数曲力墙非线性有限元模型计算精度的主要因素。线形状与Kufer的双轴试验数据吻合的很好。该屈对于混凝土本构关系，各国学者提出了不同的服条件的函数表达式为：】模型，有代表性的主要有：以双向正交各项异性模F(，。，)=(，I+)T一=0(1)型

3、为代表的非线性弹性类模型；基于不同屈服面的式中：Ot，为材料参数，or为材料屈服应力。将式塑性硬化断裂模型；基于不可逆热力学的弹性损伤(1)其写成应力分量格式，其展开式为：模型和弹塑性损伤模型等。由于混凝土材料性质，(，)=的复杂性，迄今为止，还没有哪一种理论已经公认^／／[(+ory)+(+or；一orory+3r)]一or为是对混凝土材料本构关系的完美描述。实际上，=0(2)由于混凝土是一种拉压性能差异显著的材料，且在其中，当混凝土的双轴抗压强度取为单轴抗压加载、卸载等不同应力路径下，同一应力水平也会强度的1．16倍时，=0．355or，卢=1．355，在主有不同

4、的应变量。特别是混凝土进入应变软化阶应力空间该屈服面如图1所示。段后，很难确定一个通用的本构模型，只能根据研混凝土等效受压骨架曲线采用Mander模型[2]，究对象特点、所在的应力水平和计算精度要求加以该模型能较好的考虑混凝土约束效应及滞回效应，适当采用。针对这些特点，本文建立了一个用于钢应用较为广泛。筋混凝土剪力墙非线性分析的二维混凝土本构模or：=————(L3j)，型和钢筋本构模型，单片剪力墙计算结果表明：计算结果能够反映混凝土非线性力学行为，验证了本文模型的正确性。式中：=，r=瓦{，E=毒，为峰值【作者简介】聂祺，男，副研究员。主要研究方向：复杂建筑结构分析

5、计算软件研究开发。／fc2生=>：——cr(6)1+2006影响，为了分析这个影响，采用软化系数来考虑<·0(7)抗压强度，s为峰值压应变，为等效单向应变，E。式中：、为调整过的混凝土峰值强度和对应的正，设1方向的压应力为fo，2方向的压应力为厶，增强系数为。角裂缝模型。在变角裂缝模型中，假定裂缝的方向随卢d1=1+0．92(丁Jcl＼_0_76(二)(1o)式中：、为调整过的混凝土峰值强度和的峰值应变。裂缝都同时对单元的非线性起控制作用，事实上，单元{O'sx)=[pEpE。]{)c3，式中：P。、P为x、y方向的配筋率。3算例为了验证本文建立的混凝土及钢筋材料模型

6、对钢筋混凝土剪力墙的非线性力学行为的模拟效果，将上㈩述模型编程实现，并计算一片剪力墙非线性力学行为。G该片剪力墙中的混凝土相关参数为：抗压强度为24Mpa，弹性模量为36000Mpa，钢筋相关参数式中：E。、E为主方向切线模量，G={鲁。为：钢筋屈服强度为370Mpa，极限强度为450MPa。其配筋图及尺寸图如图2所示。模型分析得到的荷载一位移曲线如图3所示。钢筋混凝土剪力墙非线性分析二维材料模型研究47的非线性力学行为，初步验证了本文模型的正确性和实用性，作为基本材料模型，可将该模型应用到钢筋混凝土剪力墙非线性分析当中。参考文献[1]Darwin．D，Pecknol

7、dDA．AnalysisofRCshearpanelsll4塑undercyclicloading[J]JournalofStructuralDivision，6~12~@150~8@1506e12ASCE，1976，102(2)：355-369．三墨口_][2]ElwiAA，MurrayDW．A3-Dhypoelasticconcretecon-l塑l!§一l塑lstitutiverelationship[J]ASCE，1979，105(4)．[3]BatheK．J，RamaswamyS．Onthreedimensionalnonlin．图2剪力墙