復(fù)雜受力條件下混凝土損傷本構(gòu)模型及鋼筋混凝土橋梁地震損傷分析.pdf

1、橋梁作為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施之一，其抗震性能得到了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界的高度重視。橋梁結(jié)構(gòu)的非線性地震響應(yīng)分析是評估橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能的最有效的手段。隨著連續(xù)損傷力學(xué)(CDM)的發(fā)展與成熟，此理論已經(jīng)作為一個新的工具被引入混凝土結(jié)構(gòu)非線性地震響應(yīng)分析領(lǐng)域中，以準(zhǔn)確模擬混凝土材料在循環(huán)荷載作用下的剛度退化、強(qiáng)度下降等損傷效應(yīng)。本文提出了適用于大型混凝土結(jié)構(gòu)的修正混凝土多軸損傷本構(gòu)模型及混凝土單軸損傷本構(gòu)模型并分別采用于實(shí)體模型及桿系模型的建模

2、方法，以大型通用有限元軟件ABAQUS作為研究平臺，對鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的地震性能和損傷過程進(jìn)行了數(shù)值模擬及討論分析。主要創(chuàng)新工作與研究成果有：
　　 (1)鑒于混凝土Faria-Oliver彈性和彈塑性損傷本構(gòu)模型是一個參數(shù)標(biāo)定簡單、計(jì)算效率很高的損傷本構(gòu)模型，非常適用于大型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的地震性能分析，本文對原Faria-Oliver損傷本構(gòu)模型進(jìn)行了修正，使修正后的損傷本構(gòu)模型能更加合理的描述混凝土材料在循環(huán)荷載作用下的單

3、邊效應(yīng)。并且在彈塑性損傷本構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，調(diào)整了損傷閾值演化規(guī)律，引入率相關(guān)效應(yīng)，以考慮地震作用下混凝土材料的應(yīng)變率效應(yīng)。進(jìn)而基于大型通用有限元軟件ABAQUS編制了相應(yīng)的用戶材料子程序UMAT以及VUMAT，為大型鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能分析提供了有效的地震響應(yīng)與損傷分析工具。
　　 (2)鑒于纖維梁柱單元是一種計(jì)算效率高、計(jì)算精度好的梁柱單元模型，為了采用纖維梁柱單元模型對鋼筋混凝土橋墩、全橋進(jìn)行地震損傷分析，本文基于混

4、凝土多軸修正Faria-Oliver損傷本構(gòu)模型，提出了混凝土單軸修正Faria-Oliver損傷本構(gòu)模型。Menegotto-Pinto模型是一種應(yīng)用非常廣泛的鋼筋本構(gòu)模型，但模型的滯回行為存在一些缺陷，本文將Filippou等人和Sakai、Kawashima分別對Menegotto-Pinto模型引入的修正進(jìn)行了融合，從而使得Menegotto-Pinto模型更加完善。在此基礎(chǔ)上采用纖維梁柱單元模型對鋼筋混凝土橋墩進(jìn)行了地震響應(yīng)及

5、損傷分析，模擬效果良好。
　　 (3)分別應(yīng)用實(shí)體模型與混凝土多軸彈塑性損傷模型以及纖維梁柱單元模型與混凝土單軸損傷模型對鋼筋混凝土高橋墩、低橋墩以及高墩橋梁全橋進(jìn)行了地震損傷分析。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)：地震作用下，低橋墩地震損傷易于集中于墩身底部，而高橋墩易于發(fā)生多處損傷，并且高墩越細(xì)長，這種趨勢越明顯。
　　 (4)長大的高墩連續(xù)剛構(gòu)橋在我國西部強(qiáng)震區(qū)廣泛采用，其地震行為非常復(fù)雜，因此非常有必要對其進(jìn)行精細(xì)的建模與分析。本文