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工程结构
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循环荷载作用下钢筋混凝土梁耗能特性的试验表征与模拟
R. Crambuer a,b, B. Richard a,uArr;, N. Ile a, F. Ragueneau b
CEA，DEN，EN，DM2S，SEMT，地震力学研究实验室，F-91191 GIF-SUR-Yvette，法国
B LMT，ENS-CACHAN，Univ P.amp;M.CURIE/CNRS/PRES Universud Paris，61 avenue du President Wilson，F-94230 CACHAN，法国
文章信息
文章历史：
2013年2月9日收到2013年6月12日修订2013年6月14日接受2013年7月17日在线提供
关键词
阻尼
三点弯曲试验
损伤模型
钢筋混凝土
反向循环荷载
摘要
非线性时程分析中阻尼现象的建模方法仍然是一个开放的问题，也是科学界的一个挑战。众所周知的方法在于考虑与速度场成比例的非物理粘性力，必须定义阻尼矩阵，其识别不基于物理因素。本研究的目的在于探讨以自然的方式辨识局部本构模型以解释阻尼的可能性。为了达到这一目的，本文提出了一种基于钢筋混凝土梁的三点弯曲试验方案。这些结果允许以准确的方式识别用于考虑迟滞现象的迟滞方案。另外，一个特殊的滞回格式在能量耗散方面是一致的。然后进行了数值自由振动试验，以证明如果准确识别考虑滞回现象的局部本构混凝土模型，可以避免使用粘性阻尼。
2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.
1.介绍
在考虑机械系统的时间激励载荷时，观察到了阻尼现象。如何模拟这种阻尼现象仍然是一个悬而未决的问题，在科学界仍然是一个激励性的挑战。目前，人们已经发现了几种阻尼源，相关现象被认为是导致整体阻尼现象的因素。在混凝土或钢筋混凝土的情况下，可以指出（i）裂缝表面之间的摩擦滑动，（ii）钢/混凝土界面处可能引起残余位移的粘结，（iii）辐射阻尼和（iv）连接处的能量耗散或非结构部件引起的变形。
经典的阻尼模型是通过在动量平衡方程中考虑附加的粘滞力来建立的。本文介绍了一种能解释能量耗散现象的粘性阻尼矩阵。例如，在工程实践中，在设计背景下，考虑此类阻尼矩阵，以描述高耗散现象（如开裂和其他能量耗散源）的影响。在这种情况下，线性或拟线性结构模型用于给定结构的时程响应。
通讯作者。电话： 33 169087674。
电子邮件地址：本杰明。理查德@cea.fr格式（B.理查德）。
0141-0296/$-见封面2013爱思唯尔有限公司。保留所有权利。http://dx.doi.org/10.1016/j.engstruct.2013.06.024
通常认为混凝土结构的5%粘性阻尼比涵盖了构件屈服前的所有阻尼源，包括混凝土开裂。
最常见的线性粘性阻尼模型是[2]中描述的Ray leigh阻尼模型[1]，这是Caughey级数[3]中的一个特例：
C frac14; aM thorn; bK eth;1THORN;
其中C是阻尼矩阵，a和b是由两个第一模态频率确定的标量参数，M是质量矩阵，K是刚度矩阵。这种阻尼模型与结构的质量和初始刚度成正比。这种阻尼的流变学解释如图1a所示。
在非线性时程分析中也大量使用（1）中所示形式的阻尼矩阵。最近的工作[4–8]已经证明，在非线性时程分析框架中使用粘性阻尼模型，常常导致对结构位移和内力的不准确估计。
然而，在这种分析中，可以对众所周知的瑞利阻尼进行一些改进。最常见的方法是用切线刚度替换初始刚度[9–11]。该方法考虑了阻尼随结构损伤状态的变化。它提供了更好的结果
920 R. Crambuer等/工程结构56（2013）919–934
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命名法 |
m(x) |
横向位移 |
|
|
英文字母 |
z |
各向同性硬化变量 |
- 阻尼矩阵
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D1 |
标量拉伸损伤变量 |
希腊字母 |
|
|
D2 |
标量压缩损伤变量 |
a |
阻尼矩阵的质量系数 |
|
E |
弹性模量 |
b |
阻尼矩阵刚度系数 |
|
E0 |
初始弹性模量 |
b1 |
与拉伸非弹性应变有关的系数 |
|
G1(z1) |
混凝土受拉硬化函数 |
b2 |
压缩非弹性应变相关系数 |
|
G2(z2) |
混凝土压缩硬化函数 |
c |
运动硬化模量1 |
|
H |
合并函数 |
e |
应变 |
|
K |
刚度矩阵 |
ep |
永久应变 |
|
M |
质量矩阵 |
ep |
内滑动应变 |
|
R |
钢的固结函数 |
eu |
极限应变 |
|
R0 |
控制从弹性分支到塑性分支的过渡 |
exx |
正常局部应变 |
|
Y |
损伤激活释放能量率 |
exy |
剪切局部应变 |
|
Y1 |
拉伸激活损伤释放的能量率 |
ey |
屈服应变 |
|
Y2 |
压缩损伤释放的能量率- |
g |
闭包变量 |
|
h(x) |
旋转 |
||
|
Y0 |
损伤激活的初始阈值 |
k |
负载比 |
|
Y01 |
张力激活的初始阈值 |
ks |
块的最大负载比 |
|
Y02 |
压缩激活的初始阈值 |
t |
泊松比 |
|
Z |
与损伤有关的热力学力 |
neq |
等效阻尼比 |
|
Z1 |
与拉伸损伤有关的热力学力 |
w |
赫尔莫茨自由能 |
|
q |
材料密度 |
||
|
Z2 |
压缩损伤的热力学力 |
. |
运动硬化模量2 |
|
r |
压力 |
||
|
aR |
塑性硬化模量1 |
r |
正压力部分 |
|
b |
应变硬化比 |
r |
负压力部分 |
|
bR |
塑性硬化模量2 |
rc |
抗压强度 |
|
d |
标量损伤变量 |
rf |
平均闭合应力 |
|
Ec |
试验混凝土弹性模量 |
ry |
屈服应力 |
|
Es |
试验钢弹性模量 |
ru |
极限应力 |
|
fcm |
混凝土抗压强度 |
v |
吉布斯自由焓 |
|
ftm |
混凝土抗拉强度 |
||
|
fu |
钢极限强度 |
首字母缩略词 |
|
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