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包括屈曲在内的钢筋的非线性循环行为
由南京工业大学于2016年6月18日从ascelibraray.org下载. 版权所有只供个人使用; 保留所有权利.
摘要： 研究了非弹性屈曲对钢筋单调和循环行为的影响。实验测试表明，当构件的长度与直径之比超过5时，会发生此现象，并且会导致压缩后的屈服后软化分支，从而强烈影响棒的循环行为。提出了一种考虑非弹性屈曲的钢筋分析模型，适用于使用纤维类型离散化的rlc截面分析程序。该模型采用四个硬化规则（运动学，各向同性，记忆力和饱和度^）作为四个独立参数（屈服应力，弹性模量，硬化率和称量）的函数。术语加载分支被利用。对于一般性质的变形路径，该模型在预测钢筋有无弹性屈曲的循环行为方面产生准确的结果。
介绍
反复加载到非弹性范围内的rlc元件的钢筋可能会由于束线间距不足而遭受非弹性屈曲。这种现象会严重影响rlc元件的整体循环行为，并削弱其负载和能量吸收能力。
迄今为止，尽管对钢框架的支撑元件有一些研究结果，但对钢筋的循环行为（包括非弹性屈曲）的实验研究相对较少（Kahn和Hanson 1976； Black等人； 1980； Zayas等人； 1981； Chan和Kitipornchai（1988）。最近，对钢筋进行了单调和循环试验（Monti and Nuti 1989，1991），指出了具有非弹性屈曲的钢筋循环行为的最重要方面，如下所述。可以使用几种具有非弹性屈曲的钢构件循环行为的解析模型，其中大多数基于塑性铰方法（Ikeda和Mahin 1986； Papadrakakis和Loukakis 1988； Boutros 1991； Perotti和Scarlassara 1991）。最近开发的钢筋的有限元模型（Mau和El-Mabsout 1989）正确地模拟了具有非弹性屈曲的单调行为（未给出循环结果），但代价是在横截面积和长度上进行大量的数值积分的元素。所有这些模型当然都适合于单个元素的研究，但是由于它们的复杂性，因此不能在实际模型中使用。rlc结构。所提出的模型满足以下基本要求：（1）构造简单，从而避免了可能对rlc截面或单元进行建模所花费的时间；（2）为应力-应变型，以便于引入非线性程序，将横截面离散化为在单轴应力状态下纤维的几何组合；（3）即使在无弹性屈曲的情况下，它也取决于易于校准的参数。
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在细长杆上的单调和循环测试
总则
已经对意大利生产的FeB44钢筋进行了一系列的单调和循环试验，额定屈服强度为440 MPa（Monti和Nuti 1989，1991）。长度L与长度之间的三种不同比率
图1.钢筋循环试验装置
图2.实验单调压缩曲线
3269
直径 d 被认为是：LID =5，8，11的长度大号的定点端标本（图1）可以被认为等于领带间隔，条件是该关系是足够硬，以防止偏转在支撑点。所选的LID比率代表了普通结构中最常用的连接间距。
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基本上，循环试验进行表1中所报道和命名的，BN，CN，对LID =5,8，11，分别Ntilde;指示所施加的应变历程：随机（N = 1，2），对称的关于e = 0（n = 3），非对称（n = 4，5）。
测试是位移控制的。已经获得了实验应力-应变图。采用以下符号：（1）sigma; = PI A（P = 施加的载荷；A =钢筋的横截面；（2）Є = Delta;L / L（AL =长度变化；L =钢筋的原始长度）。 Є产量一个全球 整个杆的变形量，其包括的变形由于在压曲的情况下，几何形状的变化。
非弹性屈曲对单调行为的影响
在图2中的实验压缩单调作为与酒吧，图表d = 16，20，24毫米，LID = 5，8，11中示出。该图相对于（T y和s y（屈服应力和屈服应变）进行了归一化，硬化率定义为： b = E p/E 0（b 对于拉伸分支，b〜对于压缩分支）。其中E p =屈服后模量；E 0 =初始弹性模量。
对于L/D = 5，压缩单调曲线与拉伸曲线基本重合（即，条形保持直线配置）；为L/D = 8，只有很短的叠加长度：，观察到，其中=应变处的压缩曲线发散超过5％ ，从朝向较低的值的拉伸之一; 对于L/D = 11，一旦达到屈服点，屈曲就会开始，并且压缩单调曲线会偏离拉伸一。发现以下关于ys的经验关系
其中，对于测试的条，c = 0.5。
- 实验上，当L/Dgt;（L/D）cr = 5时，会发生非弹性屈曲。屈服后，观察到软化分支（b〜lt; 0）。b〜减小
表1.非对称循环测试的应变历史
|
测试 （1） |
应变历史（e x 100）（2） |
|
铝，氯 |
0.5 _0.5 2.5 _1 2 0.4 4 1 3 1.5 4 |
|
A2，C2 |
1 0 1.5 _0.5 2 —0.5 4 1.5 3 0.5 4 |
|
A3，C3 |
3（ l -1）2（ 2 -l）4（ 2 -2） |
|
A4，C4 |
2（ 3 -1）2（ 2 -1）4（ 3 -1） |
|
C5 |
1 — 1 2 -1 3 -1 4 -3 |
注意：测试An：L/D = 5（无屈曲），Cn：L/D = 11（无屈曲）。表示应变 e和-e之间的n个循环。
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L/D 增加，且不受材料的硬化率b 的影响。因此，b〜可以表示为
（2）
非弹性屈曲对循环行为的影响
观察到的基本现象，如图3的对称测试中所示，与n〜3 （图7）相似，但振幅增大的单个回路为：P1，压缩循环包络线基本重合具有压缩单调曲线（图中未显示），如不存在弯曲（Kato 1980）；屈曲周期包络线不受屈曲影响不大; P2，对于L/D = 5，有一个磁滞循环的扩展，称为各向同性硬化；对于L/D — 8 和11，观察到了磁滞循环的收缩。这种现象称为各向同性软化；L3的P3 — 8 11压缩中的负载分支曲率开始减小，然后随着循环振幅的增加而保持恒定；L/D — 8 和11的P4 ，在压缩后反转后，加载分支的斜率随循环宽度的增加而减小：实际上，屈曲之后，杆的刚度主要是弯曲的，仅当杆处于再次收紧。
其中（sigma;y =屈服应力。值得注意的是，随着L/D，软化分支倾向于降低值）
其中，对于测试条，A = 0.006产量割线斜率比（从步骤），
而alpha;= 6.008给出T＆E初始切线斜率比办 3。软化分支趋于渐近值cr ^
建议分析模型
一般
所提出的模型由两个后续反转点（加载分支）之间的分支的有限sigma;-e关系组成。每次反向载荷后（而不是在每个变形增量处）更新所涉及的参数。通过四个强化规则（模型的基本功能）执行更新，并且可以轻松地将其扩展到非弹性屈曲的情况。
图3.单回路对称循环试验（n=3）
没有屈曲时的强化规则（L/D lt; 5）
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硬化规则可分为四个层次增加配方的复杂性和建模的目的重要性递减：的K =运动规则; I =各向同性规则；M =记忆规则；和S =饱和规则，ķ和I规则是古典硬化规则。可以使用M和S规则对其进行修改，以分别考虑所遵循的塑性路径的材料记忆和硬化现象的渐近特性。仅采用经典强化规则的模型称为KI模型。提出的模型是KIMS模型。
在下面，我们确定数量：sigma;° y=初始屈服应力；sigma;ny =第n个半周期的屈服应力。半周期是两次后续负载反转之间的路径。第n个半周期的塑性偏移评估为
其中Єr=最后一个反转点的应变；
是对应于sigma;ny的应变：当前屈服应力。置于sigma;n-1y =最后反转点应力; 和Euml; =弹性模量。
我们将半周期塑性加工定义为
拉伸时：gt; 0。压缩时： gt; 0，不存在弯曲和
屈曲时 lt;0。注意，在不存在屈曲的情况下：b = b = b〜。现在介绍强化规则。
K（运动规则）
sigma; y的更新值由[参见（41）-（42）]给出
其中
这里称为塑性应力路径。在（7）中，符号（x）是符号函数，等于：1如果x lt;0，则为1；如果x — 0，则为0；如果xgt; 0，则为1。（7）-（8）表明，运动硬化与线性相关，并且每个半周期的贡献具有相同的符号（b和E为 正值）。因此，呈现了围绕零线波动的图（图4）。
I（各向同性规则）
的更新值由[参见（41）和（43）]给出
其中
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其中Delta;sigma;k和Delta;sigma;I分别由（7）和（9）给出。通过实验性的单周期测试可以很容易地对参数P 进行校准（请参见附录IF 5）。
M（内存规则）
实验测试（例如，图7和9）显示，在半周期内没有发生各向同性的硬化（即，没有循环膨胀），塑性偏移等于或小于最大以前的一个 。通过定义其他塑性偏移来获得的记忆规则
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图。4.硬化定性图1演变
￡| fo￡^ |符号（^）
其中fj称为绝对塑性应力路径。等式 （9）和（10）表明，各向同性硬化与线性相关，并且每个半周期的贡献具有相同的塑性功符号，而总的Acr3具有取决于最后塑性偏移的符号。在不考虑符号（-^）的情况下，Aa 5 具有递增的图，在不存在屈曲的情况下为^gt; 0（图5。
4）。
y = (T〇-sign(-^) Acr^ where
〇■
Ao ^ = （1 — = / Tg （1 — 尸）r ^ sign（—g）
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（12）
，（11）
KI（混合规则）
可以认为硬化是由a和1 部分的组合造成的。此处考虑加权系数为P（0 lt;P lt; 1 ）的线性组合：
（10）
2 3 4 5 6
半周期n
AA ;
图4.硬化层演变的定性图解
其中 Ip; 被称为绝对塑性应力路径，等。（9）和（10）表明各向同性硬化是于
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