[发明专利]一种针对受损钢筋混凝土截面的性能分析方法

说明书

本发明属于土木工程技术领域，涉及一种针对受损钢筋混凝土截面的性能分析方法。本发明基于在OpenSees中运行有限元弹塑性分析和MATLAB编程后处理的方法，能够定量的确定所关心截面的损伤状态，分别考虑地震损伤对截面上混凝土纤维和钢筋纤维的影响，更加细致的展示地震作用对构件混凝土和钢筋的影响。通过考虑地震损伤对混凝土纤维和钢筋纤维的影响结合MATLAB编程计算出截面的M_u和Φ_u，进而通过MATLAB编程计算出损伤截面的M‑Φ关系。能够得到截面的骨架曲线，定量的确定损伤截面的力学性能，评估构件性能的衰减和残余性能。

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，涉及一种针对受损钢筋混凝土截面的性能分析方法，具体涉及一种基于OpenSees和MATLAB的受损钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)截面性能分析方法。

背景技术

我国国土辽阔，而且国内分布有多条地震带，因此地震频发。结构在设计基准期内可能会经历多次地震，而每次地震都会造成结构发生不同程度的损伤从而导致结构抗震性能的下降，因此对地震致损伤结构(即震损结构)进行抗震性能评估具有一定的必要性和重要的意义。在城镇地区，RC框架结构被广泛地建造。而且地震后现场调研报告(例如：汶川地震、芦山地震)表明：在地震作用下，RC框架结构大部分处于轻微～中等破坏，而且RC框架结构的损伤总是集中在梁柱的端点。因此，通过对梁柱集中受损部位进行截面性能分析可以对损伤梁柱构件的剩余抗震性能进行定量地分析，从而有助于对震损结构的抗震性能有一个准确的判断，有助于地震后灾区救援和重建工作。

截面分析可以根据构件的尺寸、混凝土和钢筋的材料性能和钢筋的配置情况确定构件关键截面的弯矩-曲率(M-Φ)关系，从而确定构件的力学性能，包括：截面刚度，屈服力矩，屈服曲率，极限力矩和极限曲率。

传统技术存在以下问题：

地震作用下梁柱的损伤分为表观损伤和内部损伤，表观损伤用肉眼可以判定出损伤的程度，但是内部损伤是看不见的。同时由于地震动的不确定性，截面损伤具有损伤程度不确定性和损伤分布不确定性，所以若想定量的考虑损伤对于截面性能的影响比较困难。目前，确定受损截面的力学性能的主要方法是基于现有的RC压弯构件循环往复试验，统计其损伤程度与其力学性能(刚度和强度)衰减程度，通过回归分析拟合出截面性能衰减与损伤程度的关系式。但是该方法没有考虑构件的尺寸和材料对性能衰退的影响，因此使用回归分析得到的结果的离散程度较大。在实际应用中，即使两个构件的损伤程度一致，由于构件的钢筋和混凝土材料的力学性质、截面的尺寸、钢筋的配置不同，但其力学性能的衰减程度有所差别。因此若想对损伤截面的性能有一个准确的评估，需要对损伤截面进行截面分析。而常用的截面分析软件如XTRACT、OpenSees等，只能对完好构件进行截面分析，得到完好截面的M-Φ关系，无法确定损伤截面的M-Φ关系。

发明内容

针对现有的截面分析技术存在的不足，本发明要解决的问题是对损伤截面的性能进行定量地分析，从而能够考虑损伤对于混凝土和钢筋性能以及截面面积的影响，得到损伤截面的M-Φ关系，评估损伤截面的力学性能(刚度，屈服强度和变形，极限强度和变形)。提供了一种基于OpenSees和MATLAB的损伤RC截面的截面性能分析方法。

一种针对受损钢筋混凝土截面的性能分析方法，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(FiberSecion)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(本发明简称其为纤维)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。