钢筋混凝土剪力墙非线性分析二维材料模型研究

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发布时间：2021-09-13

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钢筋混凝土剪力墙非线性分析
二维材料模型研究
聂祺
(中国建筑科学研究院，北京100013)
【摘要】本文建立了一种用于钢筋混凝土剪力墙非线性分析的二维混凝土及钢筋本构模型。该模型对混凝土受
压、受拉力学行为分别描述，可以对反复荷栽作用下钢筋混凝土剪力墙承载力及变形进行较准确分析。为验证模
型适用性，计算单片剪力墙在反复荷载作用下非线性力学行为，结果表明：计算结果反映了剪力墙的滞回特性，初
步验证了本文模型的正确性和有效性。
【关键词】钢筋混凝土；剪力墙；材料模型
【中图分类号】TU375 【文献标识码】A 【文章编号】1674—7461(2014)02-0045—03
1 引言
钢筋混凝土剪力墙是目前高层建筑中最有
效的抗侧力构件，其有限元模型对高层建筑弹塑
性分析效率和精度的影响十分重要。其中混凝
土和钢筋的材料模型描述是决定钢筋混凝土剪
力墙非线性有限元模型计算精度的主要因素。
对于混凝土本构关系，各国学者提出了不同的
模型，有代表性的主要有：以双向正交各项异性模
型为代表的非线性弹性类模型；基于不同屈服面的
塑性硬化断裂模型；基于不可逆热力学的弹性损伤
模型和弹塑性损伤模型等。由于混凝土材料性质
的复杂性，迄今为止，还没有哪一种理论已经公认
为是对混凝土材料本构关系的完美描述。实际上，
由于混凝土是一种拉压性能差异显著的材料，且在
加载、卸载等不同应力路径下，同一应力水平也会
有不同的应变量。特别是混凝土进入应变软化阶
段后，很难确定一个通用的本构模型，只能根据研
究对象特点、所在的应力水平和计算精度要求加以
适当采用。针对这些特点，本文建立了一个用于钢
筋混凝土剪力墙非线性分析的二维混凝土本构模
型和钢筋本构模型，单片剪力墙计算结果表明：计
算结果能够反映混凝土非线性力学行为，验证了本
文模型的正确性。
2 材料模型
2．1 混凝土模型
2．1．1 受压力学行为
对于混凝土受压力学行为采用塑性力学模型
进行描述，屈服函数由文献[1]提出来的，其函数曲
线形状与Kufer的双轴试验数据吻合的很好。该屈
服条件的函数表达式为：
】
F(，。， )=( ，I+ )T一 =0 (1)
式中：Ot，为材料参数，or 为材料屈服应力。将式
(1)其写成应力分量格式，其展开式为：
，( ， )=
^／／[ ( +ory)+ ( +or；一or ory+3r )]一or
=0 (2)
其中，当混凝土的双轴抗压强度取为单轴抗压
强度的1．16倍时， =0．355or ，卢=1．355，在主
应力空间该屈服面如图1所示。
混凝土等效受压骨架曲线采用Mander模型[2]，
该模型能较好的考虑混凝土约束效应及滞回效应，
应用较为广泛。