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【摘要】通过对国内众多学者提出的地震损伤模型的分析,分别阐述了它们的优点和不足。指出了当前地震损伤模型中共存的问题,并为今后恰当选用地震损伤模型提供了建议。
【关键词】地震;累积损伤;累积滞回耗能
1损伤变量
损伤指标或损伤变量是唯象地描述构件、结构受损伤程度的量化指标,通常定义为反应过程中某一累积量与其允许限值的比值。损伤变量D的性质是:
1.1 D在[0,1]间单调增长变化,D取0表示结构、构件完好无损,D取1表示结构、构件已经完全破坏。
1.2 损伤变量D为单调递增的函数.即结构损伤向着增大的方向发展,且损伤不可逆。
2 地震损伤模型
对地震损伤的分析主要从以下四个方面着手[1]:①退化;②变形;③累积滞回耗能④变形和能量的综合。
①用退化描述的损伤
退化是一个广义的概念,包括结构构件强度、刚度、有效截面面积、每次循环滞回耗能、低周疲劳寿命的退化,实际上任何一种的损伤描述都是从某一角度出发的材性退化描述。损伤力学[2]中,对一维损伤状态的描述为截面有效受力面积的减少:
损伤识别比较直观而且易于接受,但它们过多地依靠模型假设且计算比较困难。该方法实际上就是一种截面积退化的损伤描述形式。欧进萍、林燕清通过混凝土在单级和两级等幅轴压高周疲劳试验条件下得出了混凝土多级等幅疲劳剩余静载极限强度以及混凝土多级等幅疲劳剩余静载刚度的衰减公式,该理论是从强度、刚度退化的角度描述混凝土材料损伤的;李洪泉等将损伤力学的理论用于建立构件的强度退化计算模型,结合大量压弯构件低周疲劳损伤试验的数据给出了构件抗力衰减的定量表达式。
②用变形描述的损伤
Powell和Allahabadi认为在所有的损伤参数中,根据变形得出的损伤指标最好,因为它简单、合理,这里所说的变形范围较广:包括结构的位移、构件的塑性率、不可逆塑性變形及塑性应变等。山田稔采用塑性率来定义损伤指标;Giberson采用转角定义构件的损伤指标;白绍良等通过一批钢筋混凝土墙柱的低周疲劳损伤试验,指出:构件压区受箍筋约束混凝土的边缘压应变可能是首选的用来描述损伤发育和累积的标识量。上述的几种变形损伤指标都属于单参数模型,该模型的通式可表达为:
该模型为仅有一个参数的线性表达式,相当于对最大变形和累积耗能分别赋予了互补的权重系数,但所表达物理意义不正确,没有考虑到构件损伤随变位水平的变化。
3 结束语
目前,国内外学者关于地震损伤模型已经提出了如上所述的众多模型。然而这些表达式的建立所依据的试验资料有限,而影响构件耗能能力的结构因素又比较多,离散性大,因此在后来的试验研究中都被发现存在有这样那样的问题,这些表达式总是处在不断的修正过程中,也不断有人提出新的表达式。目前,如何建立一个既符合工程实际有能正确反映钢筋混凝土结构地震损伤规律的地震损伤模型,仍是钢筋混凝土结构地震损伤模型研究中的一项重要课题。
【参考文献】
[1]沈祖炎,董宝,曹文衔.结构损伤累积分析的研究现状和存在的问题[J].同济大学学报,1997,25(2):135-140
[2]余寿文,冯西桥.损伤力学.[J]北京,清华大学出版社,1997
[3]牛荻涛,任利杰.改进的钢筋混凝土结构双参数地震破坏模型.[J]地震工程与工程震动,1996,12(4):44-54
责任编辑:王明楠
【关键词】地震;累积损伤;累积滞回耗能
1损伤变量
损伤指标或损伤变量是唯象地描述构件、结构受损伤程度的量化指标,通常定义为反应过程中某一累积量与其允许限值的比值。损伤变量D的性质是:
1.1 D在[0,1]间单调增长变化,D取0表示结构、构件完好无损,D取1表示结构、构件已经完全破坏。
1.2 损伤变量D为单调递增的函数.即结构损伤向着增大的方向发展,且损伤不可逆。
2 地震损伤模型
对地震损伤的分析主要从以下四个方面着手[1]:①退化;②变形;③累积滞回耗能④变形和能量的综合。
①用退化描述的损伤
退化是一个广义的概念,包括结构构件强度、刚度、有效截面面积、每次循环滞回耗能、低周疲劳寿命的退化,实际上任何一种的损伤描述都是从某一角度出发的材性退化描述。损伤力学[2]中,对一维损伤状态的描述为截面有效受力面积的减少:
损伤识别比较直观而且易于接受,但它们过多地依靠模型假设且计算比较困难。该方法实际上就是一种截面积退化的损伤描述形式。欧进萍、林燕清通过混凝土在单级和两级等幅轴压高周疲劳试验条件下得出了混凝土多级等幅疲劳剩余静载极限强度以及混凝土多级等幅疲劳剩余静载刚度的衰减公式,该理论是从强度、刚度退化的角度描述混凝土材料损伤的;李洪泉等将损伤力学的理论用于建立构件的强度退化计算模型,结合大量压弯构件低周疲劳损伤试验的数据给出了构件抗力衰减的定量表达式。
②用变形描述的损伤
Powell和Allahabadi认为在所有的损伤参数中,根据变形得出的损伤指标最好,因为它简单、合理,这里所说的变形范围较广:包括结构的位移、构件的塑性率、不可逆塑性變形及塑性应变等。山田稔采用塑性率来定义损伤指标;Giberson采用转角定义构件的损伤指标;白绍良等通过一批钢筋混凝土墙柱的低周疲劳损伤试验,指出:构件压区受箍筋约束混凝土的边缘压应变可能是首选的用来描述损伤发育和累积的标识量。上述的几种变形损伤指标都属于单参数模型,该模型的通式可表达为:
该模型为仅有一个参数的线性表达式,相当于对最大变形和累积耗能分别赋予了互补的权重系数,但所表达物理意义不正确,没有考虑到构件损伤随变位水平的变化。
3 结束语
目前,国内外学者关于地震损伤模型已经提出了如上所述的众多模型。然而这些表达式的建立所依据的试验资料有限,而影响构件耗能能力的结构因素又比较多,离散性大,因此在后来的试验研究中都被发现存在有这样那样的问题,这些表达式总是处在不断的修正过程中,也不断有人提出新的表达式。目前,如何建立一个既符合工程实际有能正确反映钢筋混凝土结构地震损伤规律的地震损伤模型,仍是钢筋混凝土结构地震损伤模型研究中的一项重要课题。
【参考文献】
[1]沈祖炎,董宝,曹文衔.结构损伤累积分析的研究现状和存在的问题[J].同济大学学报,1997,25(2):135-140
[2]余寿文,冯西桥.损伤力学.[J]北京,清华大学出版社,1997
[3]牛荻涛,任利杰.改进的钢筋混凝土结构双参数地震破坏模型.[J]地震工程与工程震动,1996,12(4):44-54
责任编辑:王明楠