基于混凝土损伤塑性模型的桥墩地震响应分析

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1、第29卷第6期长江科学院院报Vol．29No．62012年6月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteJun．2012文章编号:1001－5485(2012)06－0079－04基于混凝土损伤塑性模型的桥墩地震响应分析1112王维，何丽丽，李涛涛，黄信(1．天津市水利勘测设计院，天津300072;2．天津市建筑设计院结构研发中心，天津300072)摘要:为确保桥梁结构在强震作用下的安全，对钢筋混凝土桥墩进行了地震响应分析。基于损伤因子建立混凝土损伤塑性模型，考虑混凝土材料在动力荷载作用下的损伤演化，并利用损伤塑性模型对钢筋混凝土桥墩进行地

2、震响应分析，同时分析了损伤塑性模型中膨胀角等参数对桥墩地震响应的影响。分析表明:混凝土损伤塑性模型能够较好地模拟混凝土构件在动力荷载作用下的损伤发展，所以在钢筋混凝土桥墩动力分析中应采用损伤塑性模型描述混凝土材料力学性能。关键词:钢筋混凝土桥墩;地震响应分析;损伤塑性模型;损伤因子中图分类号:U442．55文献标志码:A本构并对混凝土坝进行地震响应分析，该本构能够很好地描述混凝土材料的应变软化、刚度退化及恢1研究背景［6］复等特性。PeterG基于有效应力和塑性应变建桥梁结构作为交通运输枢纽发挥着重要作用，立了考虑混凝土失效的三轴损伤塑性本构，并应用［7］然而在强震作用下桥梁结构会发生严重损坏

3、，从而于钢筋混凝土柱的分析。LudovicJ等基于各向使交通运输中断并造成巨大的经济损失。许多学者同性损伤和受压屈服塑性面建立了损伤弹塑性本［1－2］［8］对桥梁抗震进行了深入的研究，主要包括地震构，并利用试验对本构模型进行了验证。张劲等动输入、地震反应分析方法、土－结构相互作用及结基于ABAQUS软件对LeeJ等建立的混凝土损伤塑［10］构非线性问题等方面。桥梁结构在地震作用下上部性模型参数的确定进行了研究。方秦等也利用结构破坏比较少见，桥墩震害往往是引起桥梁倒塌ABAQUS软件验证了LeeJ等建立的损伤塑性模型［3］［11］并在震后难以修复使用的主要原因，所以为确保在分析混凝土材料和构件静

4、力性能的有效性。桥梁结构的安全，应对桥墩结构在地震作用下的动然而对于结构动力分析中混凝土材料采用弹性本构力响应进行分析。和塑性损伤本构对结构响应的差异尚无具体研究，现有桥墩主要采用钢筋混凝土材料，选择合适同时损伤塑性模型中膨胀角等参数在数值分析中一的混凝土本构模型对于在数值分析中获得正确的桥般按默认值取值，所以本构模型中相关参数取值对墩地震响应至关重要。混凝土本构主要分为弹性本结构动力响应计算结果的影响也尚待研究。构和塑性本构，弹性本构仅适用于混凝土受载初始本文基于ABAQUS软件并利用LeeJ等建立的阶段，当材料出现非线性行为后应采用塑性本构，损损伤塑性模型描述混凝土的力学性能，对钢筋混凝伤

5、是导致应力应变关系非线性和不可逆变形的主要土桥墩进行地震响应分析，同时进一步探讨了该混［4］原因。混凝土材料的性能在很大程度上取决于凝土损伤塑性模型中相关参数对桥墩动力响应的影其内部微裂缝，在荷载作用下混凝土内部的微裂缝响。会扩展和汇合，最后形成宏观裂缝并导致强度、刚度等性能的劣化甚至材料破坏即材料发生损伤，许多2混凝土损伤塑性模型研究者基于连续介质力学和不可逆热力学，在本构模型中引入损伤变量表征微观缺陷对材料宏观力学LeeJ等建立的损伤塑性模型可以用于混凝土性质的影响，构造带有损伤变量的本构模型描述混材料在动力荷载作用下的分析，认为在低静水压力［5－12］凝土材料的性能。LeeJ等建立损伤塑

6、性连续作用下，混凝土材料的损伤主要是由于受拉开裂和收稿日期:2011－10－19作者简介:王维(1983－)，女，江苏徐州人，助理工程师，硕士，从事水利水电工程规划、设计工作，(电话)13602121349(电子信箱)wan-gw831102@163．com。80长江科学院院报2012年珚σ*受压破碎导致的。该本构模型可以描述在受拉和受11＜0时为受压状态，此时r(珚σ11)=0;ωt，ωc为权压下的刚度退化、滞回荷载作用下的刚度恢复以及重系数。试验得到混凝土由拉到压的过程中由于裂［6，12］应变率的影响。纹的闭合存在压缩刚度恢复现象，而由压到拉则不2．1应力－应变关系存在拉伸刚度恢复，所以ω

7、t=0，ωc=1。通过修正初始弹性刚度考虑材料受力后发生的2．3屈服条件及流动法则损伤，建立应力－应变关系为通过有效应力定义屈服函数为elplelplσ=(1－d)D0(ε－ε)=D(ε－ε)。pl1pl^F(σ珚，ε珘)=(q珋－3αp珋+β(ε珘)〈σ珚max〉－1－α(1)elel^〉)－σ珚(εpl)≤0。(6)式中:D0为初始弹性刚度;D为损伤后的弹性刚γ〈－σ珚maxccpl度;d为损