循环加载条件下钢管混凝土应力-应变关系模型.pdf

大 庆 石 油 学 院 学 报 J OURNAI OF DAQI NG PETROl EUM I NS TI TUTE 第 3 4卷 第 3期 2 0 1 0年 6月 Vo L 3 4 No 3 J 11 13 2 0 1 0 循环加载条件下钢管混凝土应力 一应变关 系模型 张文福 ，郝进锋 ，薛景宏 ，张 丹 ，车太杰 (1 东北石油大学 土木建筑工程学 院。 黑龙江 大庆 1 6 3 3 l 8 ； 2 大庆油田技术培训中心 ， 黑龙江 大庆 1 6 3 2 5 5) 摘要 ： 为建立钢管混凝土框撑体系中钢管混凝土支撑的恢复力模型 ， 分析循环加载条件下材料应力 一应变关系 模 型， 给出钢材应力一应变关 系模型及受约束和非约束时混凝土的骨架 曲线 ， 并确立混凝土的加、 卸载滞回规则 ， 为开展 低周往复荷载作用下钢管混凝土 支撑在大变形状态下的恢复力特性研究提供参考依据 关键词 ： 钢管混凝 土；支撑 ；应力一应变关系模 型 中图分类号 ： TU3 7 5 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 01 8 9 1 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 1 0 4 0 5 0 引言 钢管混凝土框一撑体系是高层建筑中的一种常用结构体系在框架结构中加人支撑体 系， 能够大幅 度增加结构的水平刚度， 因此可以适 当放宽框架结构的高度 限值u 人们对钢管混凝土结构的研究较 多 ， 主要集 中在钢管 混凝土梁 、 柱和框 架节点 在 低周 反 复荷 载作 用 下 的滞 回性 能_ 3 ， 得 到 不 同截 面的钢 管混凝 土框架构 件 的承载能力 、 滞 回性 能 、 延性 与变 形能 力 、 刚度退 化 、 耗能 能力 等力 学性 能_ g ， 明确钢 管混凝 土框架构 件 的抗 震性 能和破坏 机理对于钢 管混凝 土框 一撑体系 中的支撑 构件 在反 复轴 向力 作用 下 的力学 性能研究 较少 ， 从 而影 响钢管混凝 土框 撑体 系在地震 区高层 建筑 中的广 泛应 用基 于此 ， 笔者 采 用纵 向纤维模 型 ， 对 圆钢 管混凝 土支撑 开展有 限元数值 仿真分 析 ， 以轴 向应 力 一轴 向应变表 述 的钢 材和 混 凝土应 力 一应变 关系模 型为基础 ， 研究循 环加载 条件 下 材料应 力 一应 变关 系模 型 ， 为钢管混凝 土框 一 撑体系的设计和地震反应分析提供参考依据 1 钢材应力一应变关 系模 型及表达 式 钢材 应力 应变关 系模型 采用 双线 型 ， 以描述钢 材 的非 线性力学 特性 以双线 型模 型 为 例( 见 图 1 ) ， 假 定应变增 量 开始 时刻 的应 力 、 应变 分别 为 。 和 e 。 ， 相应屈 服面 中心处的应 力为 ( 1 ) 当( ) ( s o ) ( ) 吼有 口 一 ， ( 1 ) C r + E( F一0 ) ( 2) ( 2 ) 当 ( e ) ) ( 图 1 双 线 型 模 型 的 加 载和 卸 载 路 径 + c e ( 每 ) ， 收稿 日期 ： 2 0 1 00 3 1 0 ； 审稿人： 张云峰 ； 编辑 ： 任志平 基金项目： 黑龙江省教育厅科学技术研究项 目( 1 0 5 ,t l 0 0 6 ) ； 黑龙江省 自然科学基金项 目( E2 0 0 8 0 1 1 ) 作者简介 ： 张文福 ( 1 9 6 5 ) 男， 博士 ， 教授 主要从事结构抗震与抗风方 面的研究 l 04 ( 3) 第 3期 张文福等 ： 循环加载条件下钢管混凝土应力一应 变关 系模 型 一 口 + ( 4) ( 3 ) 当 ( E - 0 ) 0时 ， 有 d= O ( 1 9 ) ( 2 ) 当 0 。时 ， 有 ( ) r = ( 1 3 ) ( 1 4) ( 1 5) ( 1 6 ) ( 1 7) 0 E ( 2 O) 图 3 受压 混凝 土 骨 架 曲线模 型 ( 2 1 ) O O 一 】 + 、rL 。 l k + r 第 3期 张文福等 ： 循环加载条件下钢管混凝土应力一应变关 系模型 e 。 一 1 0 0 X 3 + 3 ( ) +1 4 + 8 ( ) ) c 一 a ， ( 2 3) ， ( 2 4) E 一 一r T o 1 0 。 ( 25 ) 式 中 ： 。 ， e 。 分 别 为混 凝 土受 压 骨架 曲线 的特 征控 制 点 的应 力 和应 变 ； 为套 箍 系数 ； a为钢 管混 凝 土构 件 的含钢 率 ( a A A ) ， A ， A 分 别为 钢管 截面 面积 和混凝 土 截 面面 积 ； f o 为混 凝 土 的轴心 抗 压强 度标 准 值 ； f y 为钢 材 的强度标 准值 ； E 为无 约束混 凝 土 的弹性模 量 ； E 为 连接 特征控 制点 与原 点 的割线模 量 ( 3 ) 当 e 。 时 ， 有 a o ( 1 一 q ) + q ( ) 0， 2 ； 1 2 9 ( ( ) 一 ) + ( ) 式 中 ： q = = ； 卢 = ： ( 2 3 6 1 0 s ) _J _ 2 j + ( 一 _ 5 ) 5 。 l 。 4 切线模 量 E 为 E 一 ( 2 6 ) ( 2 7) ( ) ( ) o1 1 ， 2 ； ( ) ( ( 2 ( 主 二 (卢 ( ( ) )+ ( ) ) 循环加 载条 件下 钢管 混凝 土混凝 土核 心应力 一应 变 关 系模 型 见 图 4 卸 载 和再 加载 以应变 增量 为标 准 如果混 凝 土 已开 裂 并 出现 负 应 变 ， 则 将 e e 。范 围内的骨 架 曲线改 为 ( 1 ) 当 e e 时 ， d一 0 ( 3 0) ( 2 ) 当 。时 ， ：旦 ( 一 w) ( 3 1) 0 一w 式 中 ： e 为 裂 面 接 触 效应 起 始 的应 变 ， e ：0 2 8 3 f 0 1 + 1 ， 为已达到 、 E o一 m；n， 的最小 负应 变 f c k p ( ( ) 一 ) + ( ) J l l E W s ， C B B 图 4 钢 管 混 凝 土 核 心 混 凝 土 应 力 一 应 变滞 回模 型 文献 1 采用文中提出的钢材和混凝土的应力一应变骨架曲线进行构件数值分析， 其结果与文献试验 曲线 吻合 良好 ， 验 证文 中给 出 的材料 本构 关系 的正确 性 大庆石油学院学报 第 3 4 卷2 0 1 0年 3 结束语 钢 管混凝 土支撑构 件数值 分析 中钢 材 的应 力 一应变 关系采 用双线性 本构模 型给 出核心 混凝 土 的应 力 一应 变关系 骨架 曲线 和加 、 卸 载滞 回规则 ， 为 开展低周 往复荷 载作用 下钢管 混凝土 支撑在 大变形状态 下 的恢复 力特性奠 定了基础 参考文献 ： 1 张文福钢管混凝土框架恢复力特性研究E D 哈尔滨 ： 哈尔滨建筑大学 2 0 0 1 2 刘晓， 王连广， 王兵钢管 一钢骨混凝土组合短柱轴压承载力研究 J 东北大学学报 ： 自然科学版 3 何文辉约束钢管混凝土柱抗震性能的试验与理论研究 D 长沙 ： 湖南大学 2 0 0 4 4 3 何益斌 ， 肖阿林 ， 郭健 ， 等钢骨一钢管 自密实高强混凝土偏压柱力学性能试验研究 J 建筑结构学报 ， 2 o 1 0 ， 3 1 ( 4 ) ： 1 0 2 1 0 9 5 王艳艳方钢管混凝土柱 钢梁框架的抗震性能研究 D 天津 ： 天津大学 ， 2 0 0 6 6 李黎明矩形钢管混凝土柱力学性能研究 D 天津 ： 天津大学 ， 2 0 0 7 7 3 李文斌方钢管混凝土结构基于性能的抗震设计及损伤评估 I ) 长沙 ： 湖南大学 ， 2 0 0 9 8 王文达 ， 夏秀丽 史艳莉钢管混凝土框架基于性 能的抗震设计探讨 J T程抗震与加固改造 2 o 1 o ， 4 9 ( 1 2 ) ： 9 6 1 0 2 9 王文达 ， 韩林海钢管混凝土柱钢粱平面框架的滞 回关系 J 清华大学学报 ： 自然科学版 2 O 1 0 ， 4 9 ( 1 2 ) ： 1 9 3 4 1 9 3 8 】 o 廖 飞宇 ， 韩林海方形钢管混凝土叠合柱的力学性能研究 J 丁程力学 ， 2 0 1 0 ， 2 7 ( 4 ) ： j 3 1 6 2 1 1 杨平 ， 蔡健， 陈庆军 ， 等钢管混凝 土柱 一梁节点反复荷载后 的轴压试验 J 武汉理 一 大学学报， 2 o l 0 3 2 ( 7 ) ： 1 2 9 一l 3 3 1 2 赵文艳斜向受力方钢管混凝土框架柱滞剐性能研究 I ) 哈尔滨： 哈尔滨 丁业大学， 2 0 0 i 1 3 赵文艳斜向受力方钢管混凝土框架柱滞 廿 1 性能研究 J 大庆石油学院学报， 2 0 0 3 2 7 ( 2 ) ： l 1 7 一l 1 9 1 4 赵文艳反复荷载下约束混凝土本构关系模型与应用 J 大庆石油学院学报， 2 0 0 3 2 7 ( 2 ) ： 1 1 4 1 1 6 1 5 王丽波变轴 力下钢管混凝土支撑滞I n l 性能的理论研究 D 大庆： 大庆石油学院， 2 0 0 3 1 6 Ao u t a h a R S S e i s mi c r e s i s t a n c e o f s t e e l t u h e d h i g h s t r e n g t h r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o l u mn s E J J o u r n a l o f S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 2 ， 1 1 5( 1 8 )： 7 3 9 - 。 - 。 - - - - 一 一 - - 。 - ( 上 接 第 9 3页) Ch i e h e s l e r ：J o h n Wi l e y a n d So n s ，2 0 0 3： 1 l 5 1 1 8 6 Ku j a ws k i E S e l e c t i o n o f t e c h n i c a l r i s k r e s p o n s e s f o r e f f i c i e n t c o n t i n g e n c ie s J S y s t e ms E n g i n e e r i n g ，2 0 0 2 ， 5 ( 3 ) ： 1 9 4 2 1 2 7 Ha i me s Y R i s k mo d e l i n g a s s e s s me n t 。a n d ma n a g e n ： e n t M 2 n d e d Ne w Y o r k： J o h n Wi l e y a n d S o n s 。 2 0 0 4 ： 6 7 8 4 8 C h a p ma n C B 1 a r g e e n g i n e e r i n g p r o j e c t r i s k a n a l y s i s J I E E E T r a n s a c t io n s o n E n g i n e e r i n g Ma n a g e me n t 1 9 7 9 ， 2 6 ： 7 8 8 6 9 Kl e i n J H， P o we l l P I ， C h a p ma n C I j P r o j e c t r i s k a n a l y s i s b a s e d o n p r o t o t y p e a c t i v i t i e s J ( ) p e r a t i o n a l Re s e a r c h S o c i e t y 。l 9 9 4 4 5 ： 7 4 9 7 5 7 1 o B e n D I ， Ra z TAn i n t e g r a t e d a p p r o a c h f o r r i s k r e s p o n s e d e v e l o p me n t i n p r o j e c t p h mn i n g J ( ) p e r a t io n a l Re s e a r c h S o c ie t y ，2 0 0 1 ， 5 2： 1 4 2 5 1 1 Kl e i n J HMo d e l i n g r i s k t r a d e o f f J Op e r a t i o n a l Re s e a r c h S o c i e t y ，l 9 9 3 。 4 4 ： 4 4 5 4 6 0 1 2 S e y e d M S 。S i a ma k N Mo h a mma d A HA n i n t e g r a t e d me t h o d o l o g y f o r a s s e s s me n t a n d s e l e c t i o n o f t h e p r o j e c t r i s k r e s p o n s e a c t i o n s J Ri s k An a l y s i s 2 0 0 1 ) ， 2 9 ( 5 ) ： 7 5 2 7 6 3 1 3 彭建伟 ， 李多修B T项 目融资Jx l 险及应对策略 J 铁路 1 二 程造价管理 ， 2 0 0 5 ， 2 0 ( 4 ) ： 8 1 0 ， 1 6 1 4 张朝峰浅论项 目风险管理的应对策略L 1 时代经贸( 中旬刊) 2 0 0 7 1 ( s 3 ) ： 7 4 7 5 1 0 8