评估RC构件中剪切-弯曲相互作用的尺寸效应的简化方法外文翻译资料

评估RC构件中剪切-弯曲相互作用的尺寸效应的简化方法

摘要

遵循设计能力的概念，RC构件结构设计的主要目的是避免脆性失效并确保延性行为。在循环加载下，通过增加弯曲延展性来降低剪切强度。对具有剪切 - 弯曲相互作用的RC构件的破坏模式的良好估计依赖于对弯曲能力（强度和延展性）和剪切能力的良好估计。在本文中，提出了一个简化的模型来描述弯曲行为。在评估弯曲延展性时考虑尺寸效应。另一方面，基于现有剪切力模型的比较研究，提出了剪切能力公式来评估剪切强度和剪力折减。根据ATC（应用技术委员会）概念模型评估故障模式预测与实验测试的比较表明，所提出的方法能够预测失效模式和相应的延性。

关键词：剪切-弯曲相互作用；延展性；尺寸效果

1.引言

在抗震设计的背景下和设计能力理念的框架内，主要的目的是确保延性行为并避免脆弱的故障。在坍塌之前需要延展性以实现显著的变形和能量耗散。对于RC构件，具有非弹性弯曲行为的塑料铰链是常见的耗散源。在地震荷载作用下，一些结构元素（例如桥梁柱）受到弯曲剪切相互作用，剪切强度随着延展性的增加而降低。因此必须抑制这些元素的剪切失效，以避免灾难性的崩溃。剪切强度应当超过与弯曲强度相对应的最大剪切力[1].RC构件的剪切能力评估仍然很困难。RC构件区段的剪切传递涉及不同的机制：未开裂的混凝土区域（压缩区域），界面剪切传递也称为裂缝摩擦或聚合物互锁;由于纵向钢筋的作用和穿过裂缝传递的残余拉应力而受到裂缝开口限制的销钉作用[2]。

在循环载荷下，延性对剪切强度有很大影响。塑性铰区内的剪切强度随着延展性的增加而降低[1]。弯曲裂缝的开口影响着聚合互锁机制。而且，压缩区转移剪切的能力降低。避免脆性行为依赖于对剪切 - 弯曲相互作用行为的良好估计。目前已经提出了许多模型来描述弯曲延性和剪切之间的相互作用。基于损伤/可塑性的模型能够通过有限元方法框架内的精细本构行为定律来描述这种相互作用。改进的压缩理论#39;#39;MCFT#39;[3] 也被认为是一种可用于处理剪切 - 弯曲失效相互作用的简化方法。在Muttoni开发的临界剪切破裂理论（CSCT）中[4]，考虑了无横向加固的RC构件的变形能力对其抗剪强度的影响（反之亦然）;剪切强度与剪切临界区域产生的裂缝宽度有关。弯曲延展性（或变形能力）增加了裂缝的宽度，因此，不同剪切承载机构的强度受到限制。CSCT作为fib Model Model 2010的参考模型来描述冲压强度。在fib Model Model 2010中，冲压剪切强度的计算与板坯旋转有关[5] 并考虑剪切 - 弯曲相互作用。另一方面，基于位移的剪切能力模型已被开发用于处理由非弹性弯曲变形引起的剪切强度退化（Caltrans [6]，Priestley [7]，Sezen and Moehle [8]，Xiao and Martirossyan [9]，Maekawa and An [10]，EC 8第3部分[11]).对于实际工程，ATC-6（应用技术委员会）模型仍然是一种简化的性能方法来描述剪切 - 弯曲相互作用和评估与基于位移的延性有关的剪切强度的降低（图1）。

命名法

从ATC模型[12]来看，可以根据剪切能力包络线和对应于弯曲强度（或Pd曲线）的剪切需求曲线之间的交叉点来区分三种失效模式。当Pd曲线和剪切能力曲线不相交时，产生延性失效（A）。在这种情况下，对应于弯曲强度的剪切力小于残余剪切值。在弯曲屈服开始之前交叉发生时，出现脆性失效#39;#39;C#39;。存在另一种情况，在本研究的范围内，其中剪切破坏发生在延展性水平（B）下的弯曲屈服之后。

图1. ATC-6（应用技术委员会）模型[12] 剪切强度和延展性之间的相互作用

当处理弯曲行为时，Pd曲线（从弯矩曲率曲线获得）表现出尺寸依赖性。实验观察证实了延展性对结构尺寸的依赖性。尺寸对旋转能力的影响影响延性（曲率延性和位移延性）。对剪切弯曲行为的良好估计取决于对剪切需求曲线（Pd曲线）的良好估计，尤其是在延性水平下发生破坏的情况（情况B）。

在本研究中，首先开发了一种简化模型，以考虑弯曲行为的旋转能力（延性）的尺寸效应。目的是考虑尺寸效应对延性的估计，以便正确地估计与弯曲强度相对应的剪切。通过与实验测试（力矩 - 旋转和Pd曲线）的比较证明了模型体现这种尺寸依赖性的能力。此外，基于不同现有剪切能力模型的比较，我们提出了考虑延性效应的新剪切强度公式。因此，故障预测基于所提出的剪切能力曲线与弯曲强度曲线（考虑尺寸效应）之间的交叉，使用ATC理念。与实验结果的比较证明了所提出的简化方法可以预测剪切 - 弯曲失效和相应延性的能力。

2. 尺寸对弯曲延展性的影响

对旋转能力研究的最好贡献之一是由CEB委员会在1960年初协调的实验计划 [13] 。基于实验测试[14]，以双曲线公式的形式提出了一种经验关系（Eq。(1)）将塑性旋转与中性轴x / d的相对深度相关联[15]. 后来，Eq。（1）使用新型钢时被揭示不足。Langer[16] 开发了一个分析模型来描述塑性铰链的行为，其中失效可能由钢筋破裂或混凝土破碎引起（图2)。

钢筋混凝土构件在弯曲下的失效可以通过混凝土破碎或钢破裂来实现。这两种非线性都以应变局部化为特征。软化行为导致耗散过程定位到窄带中。

图2.转动能力Vs中性轴的相对深度：Eq。(1) [14] 对于不同类型的钢筋， Eligehausen和Langer的分析模型[16].

混凝土和钢中（裂缝区附近）的应变局部化决定了当下的塑性平台。在局部破碎过程中，局部行为受应用的应力引起的能量耗散决定了它的作用。通常，具有由两个参数（能量和应力）之间的关系表征的本构行为的材料表现出结构整体行为的尺寸依赖性（尺度/尺寸效应）。对本地化过程的补救需要保持故障过程中消耗的总体能量。这可以通过能量正则化（裂缝带模型）来实现[17]）或通过引入本地化限制器（非本地方法[18]，渐变方法[19]).在拟议的研究中，尺寸效应被认为是断裂带（或断裂过程区）内能量释放的问题。对耗散过程的良好描述可以很好地估计结构尺度上的尺寸效应。使用能量正则化（例如裂缝带模型）[17]），应力 - 应变图下的面积，表示每单位体积的耗散能量，必须与局部失效带的宽度成反比调整[20,21]. Carpinteri [15,22] 为了在评估钢筋混凝土梁的延性时考虑尺寸效应，我们开发了一种先锋模型“粘合/重叠裂缝模型”。通过保持能量耗散来考虑由于破碎过程（定位过程）引起的尺寸效应。

为了描述剪切 - 弯曲相互作用并进行评估由于尺寸效应对这种相互作用的影响，首先提出了一种简化模型来描述弯曲行为的尺寸依赖性。考虑了在弯曲下RC构件的拉伸和压缩区域中的应变局部化现象，失效期间的耗散过程由能量正则化方法描述。该方法考虑了总耗散中的试样尺寸，在该模型中考虑了在RC构件中观察到的主要非线性。钢筋混凝土构件的失效可以通过钢筋破裂或混凝土破碎来实现。为了更好地理解这两种现象，下面将介绍引入尺寸效应影响的钢和混凝土的行为规律。

图3.费拉拉和戈比进行的实验测试结果[23] （其中是比率：高度比截面尺寸）。

图4.压缩时混凝土的应力 - 应变关系。

2.1. 混凝土受压性能

在压缩荷载下，应考虑具体行为的软化特性已控制能量在本地化过程中的消散，在图3，来自实验的的测试清楚地表明峰后压力位移方式与试样尺寸无关。然而，峰值后应力应变状态强烈依赖于样本的大小。

压碎能量Gc 是一种材料参数，即尺寸独立。该内在参数定义为峰后应力 - 位移曲线下的面积。在这项研究中，我们建议用三相的应力 - 应变曲线来描述压缩下混凝土的性能（见图4)。

阶段1（0-）：未损坏的混凝土，行为是有弹性和线性的。

阶段2（-）：韧性损伤区，其特征是非弹性变形。行为定律是由二次抛物线描述的等式。

在图4，和的值用混凝土特征表示 （弹性模量Ec 和抗压强度fc ）[24]， = 0.4*， = 0.7 * ）。和是恒定参数，以确保第一和第二阶段之间的连续性。

英语原文共 12 页

资料编号：[4566]

您可能感兴趣的文章

• 4.6钢筋混凝土桥面板设计外文翻译资料
• 钢-混组合连续梁施工过程分析|外文翻译资料
• 二杆桁架结构几何非线性行为分析外文翻译资料
• 利用分子仿真模型沥青的性能分析外文翻译资料
• 不同损伤条件下严重损坏的钢筋混凝土柱的快速修复的实验研究外文翻译资料
• 沉管灌注桩的施工控制可靠性外文翻译资料
• 结合桥梁与隧道的高速公路线形优化外文翻译资料
• 斜拉桥的屈曲稳定性的简化评估外文翻译资料
• 改进型沥青体系的化学组成分子模拟外文翻译资料
• 新疆G216线某公路段工程设计A外文翻译资料