基于Open Sees平台开发的混凝土滞回本构模型在结构分析中的应用

摘要

数值模拟分析是研究钢筋混凝土结构抗震性能的重要手段，而混凝土材料模型的选取又是影响数值模拟结果的重要因素。由于混凝土力学性能较为复杂，各种形式的本构模型众多，OpenSees中已有六种单轴的混凝土滞回本构模型。很少有人对这些混凝土材料模型进行综合的比较研究，造成使用上的不便。因此，本文进行如下工作：
　　 ①分析了最新版OpenSees已有混凝土材料模型的特点，发现这些混凝土滞回本构模型均未考虑混凝土的强度退化、滞回圈数等的影响。
　　 ②对Sakai模型进行简化和修正，提出一个能考虑强度退化和滞回圈数影响的单轴混凝土滞回本构模型，并将其集成到OpenSees平台中。另外，将Blakeley模型进行局部修改后集成到OpenSees中。
　　 ③利用OpenSees现有的混凝土材料模型和本文修正的Sakai模型，对低周反复荷载作用下压弯柱试验进行了数值模拟，研究了受压骨架曲线、受压滞回规则、是否考虑混凝土受拉性能等对压弯柱滞回性能的影响。
　　 ④以轴压比、纵向钢筋配筋率等作为变量，设计了一系列钢筋混凝土柱的算例，研究了低周反复加载下混凝土材料模型对压弯柱滞回性能的影响。
　　 ⑤为了研究混凝土材料模型对整体结构动力响应影响，对一榀八度区二级框架进行了大震下的非线性动力反应分析。为了研究采用不同混凝土材料模型时材料进入非线性程度对结构响应的影响，对该结构进行了非线性增量动力分析。
　　 本文得到初步结论如下：
　　 ①是否考虑混凝土受拉力学性能和裂面效应，对低周反复荷载作用下压弯柱构件的滞回性能有较大影响，且其影响随着轴压比、纵向钢筋配筋率的增大而变小。
　　 ②混凝土材料本构模型采用不同的受压骨架线、受压滞回规则，引起的压弯柱滞回性能的差异随着轴压比、侧向加载位移的增大而增大，随着纵筋率的增大而减小。
　　 ③大震作用下，数值模拟中考虑混凝土材料的受拉力学性能与否会对计算的结构地震响应产生显著影响。若采用的混凝土材料本构模型均不考虑混凝土受拉力学性能，采用不同的滞回规则的受压本构模型进行计算得到的结构地震响应的差异基本可以忽略。混凝土受拉本构模型中下降段的形式对结构的地震响应的影响较小。
　　 ④材料进入非线性的程度不同时，不同的混凝土本构模型对计算的结构地震响应有差别，但无明显规律。