[发明专利]一种针对受损钢筋混凝土截面的性能分析方法

权利要求书

1.一种针对受损钢筋混凝土截面的性能分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立有限单元模型：根据结构设计参数，采用梁柱单元和纤维截面(Fiber Secion)在OpenSees中建立有限元模型，输入选定的地震加速度时程，进行弹塑性时程分析；

(2)输出纤维应力应变：利用OpenSees的recorder Element命令输出待分析受损截面的纤维梁单元的应力应变；由于截面纤维比较多，为了能够快速构建OpenSees输出命令流，使用MATLAB编制了能够根据截面尺寸和钢筋配置情况快速输出纤维位置的脚本程序；

(3)计算纤维损伤：使用MATLAB读取步骤(2)中输出的应力应变数据，在MATLAB中通过编程计算混凝土和钢筋纤维的损伤；具体是，采用混凝土弹性模量的衰减计算混凝土的损伤，采用累积疲劳计算钢筋的损伤；

其中D_c是混凝土纤维损伤，E_r是混凝土材料再加载弹性模量，E_c0是混凝土的初始弹性模量；

其中D_s是钢筋纤维损伤，(2N_f)_k是第k个半循环的疲劳寿命按式(8)计算，n是半循环的数目；

其中ε_a是半循环的应变幅，M和m分别是疲劳延性系数和疲劳延性指数；

(4)确定截面损伤状态：根据步骤(3)计算的纤维损伤确定损伤对混凝土和钢筋纤维在步骤(5)中的影响；具体是，对于混凝土纤维，损伤影响混凝土纤维的本构关系(弹性模量和屈服强度)；对于钢筋纤维，损伤导致钢筋纤维面积减少；当某个纤维的损伤等于1时，则在步骤(5)中不考虑该纤维；

(5)计算极限承载力和极限变形：通过步骤(4)确定的混凝土和钢筋纤维的损伤状态，能够确定损伤截面的状态(截面尺寸、纤维本构关系、纤维面积)，在MATLAB中编程计算损伤截面的极限抗弯承载力(M_u)和极限曲率(Φ_u)；

(6)进行损伤截面性能分析：确定一个曲率增量间隔，对曲率进行增量分析(范围为0～Φ_u)，在MATLAB中编程确损伤截面在各级曲率下的力矩，从而得到了损伤截面的M-Φ关系。

2.如权利要求1所述的一种针对受损钢筋混凝土截面的性能分析方法，其特征在于，所述的步骤(4)的具体操作如下：

其中，σ_d和ε为应力应变，ε_r为再加载曲线与横坐标的交点，按式(10)计算，ε_m为纤维加载历史中最大的应变，f₀(ε)为未损伤混凝土的本构关系；

其中σ_m为纤维加载历史中的最大应力；图2展示了实施例选定的某个混凝土纤维损伤前后材料本构关系的对比；损伤后钢筋纤维的面积按式(11)计算：

其中A_sd是损伤后钢筋的面积，d是完好钢筋的直径，D_s是钢筋纤维的损伤。

3.如权利要求1或2所述的一种针对受损钢筋混凝土截面的性能分析方法，其特征在于，所述的步骤(6)的具体操作如下：

Step1：确定一个初始曲率；

Step2：假定一个受压区高度，确定中性轴位置；

Step3：根据平截面假定计算各个纤维的应变，根据损伤后的纤维的本构关系确定纤维应力；

Step4：根据纤维应力和面积计算截面内力，判断是否达到内外力平衡；判断平衡的标准是内外力相对误差是否小于5％；如果内外力平衡，执行Step5，否则，执行Step2-Step4；

Step5：根据各个纤维的应力对截面中心取矩；即可得到截面的一组M-Φ数据对；

Step6：增大曲率，循环执行Step2-Step6，最终得到损伤截面的M-Φ关系。