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    模拟钢筋混凝土暾柱弹塑性性能的方法

      目前,模拟钢筋混凝土暾柱弹塑性性能的方法很多,各有特点。根据结构的离散化程度和模型的复杂性,大体可以归纳 为三大类:


      參微观的有限元方法


      有限元方法基于结构的材料特性,逐点对结构进行模拟。具体做法是,将钢筋混凝土墩柱离散成大量的单元,分别用不 同的单元模拟混凝土、钢筋、甚至于它们之间的粘结作用。理论上,这种方法可以精细地描述结构的细部构造(如纵向 钢筋和横向钢筋的排列位置等),也可以跟踪结构上每一点的应力和应变变化情况,是一种的模拟方法。但是, 有限元方法需要耗费大量的计算时间和存储量,而且对数值计算的要求也非常高,因而限制了它的应用。另一方面, 有限元模型虽然很精细,但由于参数取值和计算的困难,计算结果并不比其它简单的模型(与试验结果相比)。 因此,有限元方法目前还不适用于工程应用。


      宏观的构件模拟法


      宏观的构件模拟法基于结构的构件特性,一个构件一个构件地对结构进行模拟。因此,模型的单元和结构的构件之间 存在一一对应关系。虽然基于构件恃性的模拟方法不能精细地描述结构的细部构造,但能够较好地模拟墩柱的整体弹塑 性性能,反映地震破坏在结构中的分布情况。另一方面,这种方法所需要的计算量不大,数值计算的稳定性也比较有 保证。因此,在钢筋混凝土结构的地震反应分析中,这种方法常用。


      对空间的钢筋混凝土墩柱进行弹塑性分析时,一般都采用屈服面的概念进行截面工作状态的判别和弹塑性切线刚度的 推导所谓的屈服面,就是屈服强度和^之间的相互作用面。根据屈服面的定义,如截面的内力座标(P,%,此)位于屈 服面之内,表明截面处千弹性状态;如位于屈服面上,表明截面正好屈服;


      如位于屈服面之外,表明截面已进人塑性工作状态。这种基于屈服面的模型相对比较直观,也易于理解,数值计算的 工作量和难度也较小,比较容易得到正确、合理的结果。


      另外,还有一种弹簧模型值得一提,假定钢筋混凝土墩柱的塑性变形集中在两端,分别用两个弹塑性的三维弹賛单元( 长度为0)来模拟;中间的墩柱保持弹性,由一个线弹性的三维梁单元模拟。每一个弹簧单元由5根弹塑性的混凝土弹簧 和4根弹塑性的钢筋弹簧组成。根据平截面假定,5根混凝土弹簧和4根钢筋弹簧w以合并成三根等效弹簧,它们 将截面的轴力P、两个弯矩軋与对应的位移、两个转角联系在一起&这种弹簧模型也比较简单易懂,数值计算的工作量和 难度比基于屈服面的模型稍大,应该不难得到正确可信的结果。

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      纤维单元法界于微观的有限元方法和宏观的构件模拟法之间。构件沿轴向被离散成许多段,每一段的特性由中间横截 面(或切片)來代表,而诙横截面乂进一步被离散成许多所谓的纤维(如用矩形网格划分^每一根纤维可以是混凝土的, 也可以足钢筋的,甚至包括两种材料。只要能得到某一时刻某纤维中心的应力和应变,则可分别根据网种材料的应力一 应变关系确定切线模量"。某一纤维中心的正应变可采用平截面假定。


      根据虚位移原理,将截面刚度矩阵沿构件长度进行积分,就可得到构件的切线刚度矩阵,理论上,纤维单元可以较好 地模拟钢筋混凝土墩柱的细部构造,同时可以跟踪塑性变形沿着墩柱的形成及开展情况,也是一种比较细致的模拟方 法。但是,纤维单元的切线刚度矩阵需要经过大量的计算才能形成,需要的存储量也非常大,同时数值计算的难度也 相当大,从而较难保证结果的合理性和精度。桥梁预压水袋具有搬运铺装方便快捷、成本低廉、可重复使用、符合预压支撑桥梁底模板载量计量,广泛适用于铁路公路桥梁建设。


      对于钢筋混凝土墩柱的弹塑性分析,现有的各种方法和模型粗细不同,难度和实际效果也大不一样。精细模型所要求 算量和存储量大,数值计算的难度也大,结果的稳定性也差。反之,简单易行的方法却往往能得到稳定合理的结果。 由于地震动本身是随机的,而混凝土材料的离散性又比较大,因此在地震反应分析中过分追求精度没有多大意义。所 以,对实际桥梁工程进行弹塑性地震反应分析时,基于屈服面的弹塑性分析模型能正确把握墩柱的整体弹塑性性能, 是目前比较实用的一种分析方法。


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