附录A 书面翻译 - Lu Xinzheng.PDF

任沛琪，清华大学土木工程系 附录A 书面翻译 钢筋混凝土结构非线性分析 Oral Buyukozturk Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA02139, U.S.A 原文：Oral Buyukozturk, Nonlinear analysis of reinforced concrete structures, Computers Structures, 1977, Vol. 7, pp. 149-156. - 摘 要：判断复杂应力状态下混凝土是否屈服和破坏一般采用莫尔 库伦准则， 因为该准则判断材料是否破坏只与主应力有关，其公式简单。广义屈服和破坏准 则的建立主要是说明引起非线性的两种主要因素：受拉下混凝土连续开裂和多向 轴压下的非线性反应，根据这些准则可以建立适合非线性有限元分析的增量型应 - 力 应变关系。 对钢筋混凝土构件的有限元分析，本文介绍了一种方法，该方法可以直接考 虑钢筋的作用，用这种方法，可以分别考虑钢筋和混凝土材料的应力-应变关系， 这样就可以有效方便地应用有限元软件进行分析。本文通过钢筋混凝土的算例分 析说明该方法的适用性。 引言 分析过程中准确地定义钢筋混凝土构件的应力和变形状态是非常复杂的，因 为这受许多因素制约，包括：（1）混凝土非线性的荷载-变形关系以及混凝土在 复杂应力下的本构关系（2 ）在递增荷载作用下混凝土的连续开裂以及在各种应 力状态下定义混凝土的破坏行为（3 ）考虑钢筋的加强作用以及钢筋和混凝土的 相互作用（4 ）与时间有关的特性，例如混凝土的收缩和徐变。 由于影响因素的复杂性，早期针对钢筋混凝土的研究采用基于大量试验结果 的经验分析法，或者基于简单的分析假定，如结构的线弹性假定，考虑当时传统 分析技术的局限性，作出这样的假定一般是必不可少的。 随着数值分析方法的发展，如有限元方法[1,2]，研究者能够较真实的预估钢 筋混凝土的内力和位移，正是由于数值分析方法能够较好的预测这一特性，所以 能够有效地提高结构的计算效率。另外，这种精细的分析方法可以帮助理解和解 释在试验中观察到的结构构件行为。 利用有限元方法进行混凝土结构分析是非常新的概念。近几年，人们对于利 用有限元方法进行钢筋混凝土结构的分析越来越有兴趣，尤其是考虑到开裂的影 任沛琪，清华大学土木工程系 响。Scordelis[3]写过一篇针对钢筋混凝土结构有限元分析的全面调查报告。 Mutoetal[4]总结了在这一领域进一步要开展的工作。 有限元方法之所以能够成功应用在钢筋混凝土结构中[5-8]与量化混凝土荷 载-变形关系[9-11]的发展是密不可分的。在有限元分析中，将荷载-变形关系以 合适的公式化形式来表示是十分必要的。尽管研究者进行了密集和持续的研究， 但是仍然没有出现被统一认可的能够全面描述混凝土在复杂应力状态下行为的 本构关系。 本研究工作主要包括：（1）提出和验证复杂应力状态下混凝土的屈服和破坏 准则；（2 ）提供在有限元分析中对钢筋直接建模的方法；（3 ）通过算例验证该方 法在钢筋混凝土结构有限元分析中的适用性。 利用本文提出的屈服和破坏准则可以较好的解释混凝土在拉应力下的连续 开裂和多向轴压下的非线性反应。这些准则的建立并不需要事先假定开裂或屈服 荷载。根据这些准则可以建立适合非线性有限元分析的增量型应力-应变关系。 屈服和破坏准则的验证是以双轴压应力状态为基础的。但是，提出的描述混凝土 力学行为的公式是通用的，并且可以通过改变参数来解释三维状态下的实验数 据。 一般的莫尔-库伦理论 研究人员试图将一些经典的破坏理论应用于混凝土中。并对这些理论做出适 当的修改克服其存在的不足，或者使之与混凝土的力学行为更加吻合。因此许多 经典破坏准则被应用于混凝土中形成新的破坏准则，例如内摩擦-最大应力理论 [