基于OpenSees平台的FRP约束混凝土滞回本构模型开发及其变
异性分析
计算机仿真分析是研究FRP加固RC结构或构件抗震性能的重要手段之一,而在众多有限元软件中,OpenSees由于具有模拟精度高、开源、易于协同开发等优点,已在工程结构抗震分析中得到了广泛应用。
由于在数值模拟中材料滞回本构模型的选取会对模拟结果产生重要影响,而现有的OpenSees中还尚未集成FRP 约束混凝土滞回本构模型,因此有必要在OpenSees中开展FRP约束混凝土滞回本构模型的二次开发工作。
本文首先总结了国内外现有的FRP约束混凝土应力-应变模型以及加卸载准则,发现Lam和Teng提出的应力-应变模型及其加卸载准则具有精度高、适用范围广等特点。
由于该模型的受压骨架曲线未考虑极限应变点后的应力下降段,且忽略了 FRP约束混凝土受拉力学性能。
故本文对该模型进行改进,并修改了相应的受压滞回规则。
然后将改进的模型集成到OpenSees中,命名为ConcreteN模型。
同时,为了研究受压滞回规则对FRP加固RC柱滞回性能的影响,还在OpenSees中集成在卸载过程中不考虑刚度退化的FRP约束混凝土滞回本构模型,即卸载刚度始终等于混凝土弹性模量,并命名为ConcreteND型。
为了验证所开发模型的有效性,首先使用ConcreteN模型对FRP加固RC圆柱和方柱进行拟静力分析,并与试验结果进行对比,发现吻合较好。
然后使用ConcreteN模型和ConcreteND模型与OpenSees中现有的Concrete01模型和Concrete02模型对试验柱进行拟静力分析,结果表明使用ConcreteN模型计算的结果与试验结果最为接近。
最后比较在不同轴压比、配筋
率和混凝土抗压强度下不同模型计算的FRP加固RC柱滞回性能的差异,结果表明差异随轴压比和混凝土抗压强度的增大而增大,随配筋率的增大而减小。
为进一步研究混凝土材料力学性能变异性对构件滞回性能及其变异性的影响,本文分别从混凝土抗压强度和弹性模量的变异性角度研究了不同参数以及不同混凝土滞回本构模型对FRP加固RC柱滞回性能及其变异性的影响。
结果表明,使用ConcreteN模型进行参数分析时计算的最大水平承载力和等效粘滞阻尼比的平均值及其变异系数呈现出明显的规律性;使用不同混凝土滞回本构模型计算的最大水平承载力的平均值及其变异系数相差不大,而等效粘滞阻尼比的平均值及其变异系数相差较大。
