同济大学混凝土结构非线性【第一章】PPT资料.ppt

1、同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院 顾祥林顾祥林混混凝凝土土结结构构非非线线性性分分析析混混凝凝土土结结构构非非线线性性分分析析2课程的目标课程的目标课程的目标课程的目标结构的非线性分析分析？#31、顾祥林，孙飞飞，混凝土结构的计算机仿真，、顾祥林，孙飞飞，混凝土结构的计算机仿真，上海：#同济大学出版社，上海：#同济大学出版社，2002年年2、朱伯龙，董振祥，钢筋混凝土非线性分析，、朱伯龙，董振祥，钢筋混凝土非线性分析，上海：#同济大学出版社，上海：#同济大学出版社，1985年年3、吕西林，金国芳，吴晓涵，钢筋混凝土结构、吕西林，金国芳，吴晓涵，钢筋混凝土结构非线性有限元理论与应用，非线

2、性有限元理论与应用，上海：#同济大学出上海：#同济大学出版社，版社，19971997年年主要参考书目主要参考书目主要参考书目主要参考书目同济大学土木工程学院同济大学土木工程学院 顾祥林顾祥林第第一一章章第第一一章章 钢钢筋筋和和混混凝凝土土单单向向受受力力时时的的本本构构关关系系钢钢筋筋和和混混凝凝土土单单向向受受力力时时的的本本构构关关系系混凝土结构非线性分析混凝土结构非线性分析5软钢ABBCDEsss=Essys,hfysss=Essys,hfyfs,us,u一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系1.1.单调加载时的应力单调加载时的应力-

3、应变关系应变关系6硬钢s,usss=Essyfys,hfs,u0.2%0.2一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系1.1.单调加载时的应力单调加载时的应力-应变关系应变关系7硬钢0.7fpu pspsfpuEpEp硬钢（预应力）钢筋的弹性模量 零荷载时Ramberg-Osgood曲线的斜率，可取为214000MPa Ramberg-Osgood曲线的形状系数，可取为4 一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系1.1.单调加载时的应力单调加载时的应力-应变关系应变关系8ss骨架曲线和单调加载时的

4、应力-应变曲线类似 Baushinger效应：#反向加载时不再出现屈服平台而成为曲线的应力-应变关系反复加载时的试验曲线一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系2.2.周期加载时的应力周期加载时的应力-应变关系应变关系9反复加载时的理论模型PsiPsiydsiydsimaxdsiksieksiyksiedksi0dsi-PsiyPsiPsic0.75PsiyPsiydsimaxdsiydsimax-0.75Psiy ksi0一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系2.2.周期加载时的应力周期加载

5、时的应力-应变关系应变关系10原则：#只对屈服应力和弹性模量进行修正，应力原则：#只对屈服应力和弹性模量进行修正，应力-应变关应变关系不变系不变高温下一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系3.3.高温作用时及高温作用后钢筋应力高温作用时及高温作用后钢筋应力-应变关系应变关系11原则：#只对屈服应力和弹性模量进行修正，应力原则：#只对屈服应力和弹性模量进行修正，应力-应变关应变关系不变系不变高温后当受火温度低于600C时，冷却后热轧钢筋的屈服强度和抗拉强度基本不变，只是当受火温度高于600C时，才略有下降，且下降幅度小于原抗拉强度的10%近似地

6、认为钢筋的抗拉强度和在弹性模量火灾冷却后保持不变。#一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系3.3.高温作用时及高温作用后钢筋应力高温作用时及高温作用后钢筋应力-应变关系应变关系12试验结果试验结果 12荷载荷载变形关系变形关系 14荷载荷载变形关系变形关系 8荷载荷载变形关系变形关系 6荷载荷载变形关系变形关系一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系4.4.锈蚀钢筋应力锈蚀钢筋应力-应变关系应变关系13试验结果试验结果名义屈服强度相对值名义屈服强度相对值截面锈蚀率关系截面锈蚀率关系 名义极限强

7、度相对值名义极限强度相对值截面锈蚀率关系截面锈蚀率关系 极限延伸率相对值极限延伸率相对值截面锈蚀率关系截面锈蚀率关系 弹性模量弹性模量截面锈蚀率关系截面锈蚀率关系 一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系4.4.锈蚀钢筋应力锈蚀钢筋应力-应变关系应变关系14理论模型理论模型 一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系4.4.锈蚀钢筋应力锈蚀钢筋应力-应变关系应变关系15理论模型理论模型模型模型 适用条件适用条件CM1CM1变形:#30光圆:#15试验室电化学加速锈蚀 CM2CM2变形:#30光圆:

8、#15大气环境自然裸露锈蚀 CM3CM3变形:#20光圆:#10实际工程混凝土中钢筋锈蚀一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系4.4.锈蚀钢筋应力锈蚀钢筋应力-应变关系应变关系16应力对锈蚀速度的影响应力对锈蚀速度的影响LeverageBalance hammerHanging basketWeightPedestalStentBolt CathodeAnodeCopperplatePlastic bottlePlastic 400Steel wireResin gauze5NaCl solution一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力

9、一、钢筋的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系5.5.锈蚀预应力钢筋应力锈蚀预应力钢筋应力-应变关系应变关系17应力对锈蚀速度的影响应力对锈蚀速度的影响Sample No.Stress levelCurrent density/uA/cm2Corrosion time/hTheory corrosion rate（TCR）Measured corrosion rate（MCR）MCR/TCRY1-00122547.00.060.06321.05Y1-10.390.06481.08Y1-20.670.06511.09Y2-00245023.50.060.06001Y2-10.390.06511

10、.09Y2-20.670.06761.13Y3-00245047.00.120.12461.04Y3-10.390.12541.05Y3-20.670.12601.05一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系5.5.锈蚀预应力钢筋应力锈蚀预应力钢筋应力-应变关系应变关系18试验结果试验结果Load/kNNominal deformation/mm00.0460.1890.1120.0750.018（a）Strand Deformation/mmLoad/kN00.0550.0950.175（b）Steel wire一、钢筋的应力一、钢筋的应力一

11、、钢筋的应力一、钢筋的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系5.5.锈蚀预应力钢筋应力锈蚀预应力钢筋应力-应变关系应变关系19试验结果试验结果ECspucspucs（a）（b）（c）Steel wireStrandSteelwireStrandSteel wire1.01.0一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系5.5.锈蚀预应力钢筋应力锈蚀预应力钢筋应力-应变关系应变关系20理论模型理论模型当s0.08时，当s0.08时，一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系5.5.锈蚀预应力钢筋应力锈蚀

12、预应力钢筋应力-应变关系应变关系21TendonsEpcStrandSteel wire理论模型一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力一、钢筋的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系5.5.锈蚀预应力钢筋应力锈蚀预应力钢筋应力-应变关系应变关系22单轴受压单轴受压-试验曲线试验曲线（MPa）fco0（10-3）abcd225201510546810混凝土强度提高加载速度减慢作用是：#峰值应力后，吸收试验机的变形能，测出下降段二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系1.1.单调加载时的应力单调加载时的应力-应变关系应变关系23单轴受压

13、单轴受压-理论曲线理论曲线u=0.00380=0.002ocfcc0.15fcu=0.00350=0.002ocfcc美国Hognestad模型德国Rsch模型二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系1.1.单调加载时的应力单调加载时的应力-应变关系应变关系24u0ocfcc单轴受压单轴受压-理论曲线理论曲线二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系1.1.单调加载时的应力单调加载时的应力-应变关系应变关系25侧向受约束时混凝土单轴受压侧向受约束时混凝土单轴受压-变形能力和强度大幅

14、度提高变形能力和强度大幅度提高约束混凝土非约束混凝土ccfccfcEsecEc c0 2c0 sp cccuo环箍断裂二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系1.1.单调加载时的应力单调加载时的应力-应变关系应变关系26受皂化油浸蚀混凝土单轴受压受皂化油浸蚀混凝土单轴受压二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系1.1.单调加载时的应力单调加载时的应力-应变关系应变关系27受受5#、20#油浸蚀混凝土单轴受压油浸蚀混凝土单轴受压二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混

15、凝土的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系1.1.单调加载时的应力单调加载时的应力-应变关系应变关系28 火灾下混凝土单轴受压火灾下混凝土单轴受压-当当0 T 400时时 二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系1.1.单调加载时的应力单调加载时的应力-应变关系应变关系29火灾下混凝土单轴受压火灾下混凝土单轴受压-当当400 T 800时时 二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系1.1.单调加载时的应力单调加载时的应力-应变关系应变关系30火灾后混凝土单轴受压火灾后混凝土单轴

16、受压二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系1.1.单调加载时的应力单调加载时的应力-应变关系应变关系31混凝土单轴受拉混凝土单轴受拉-试验曲线试验曲线t（MPa）0（mm）cr=0.00012试件：#7619305mmfc=44MPa43210.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06标距83mm裂面粗糙，裂后仍能传递一定的拉力二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系1.1.单调加载时的应力单调加载时的应力-应变关系应变关系32混凝土单轴受拉混凝土单轴受拉-理论模型理论模型tto t0 tu t0Et1o t2 t3 t4ttt011Et2Et31tto t0t0tto0.0001 0.00015t0二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系1.1.单调加载时的应力单调加载时的应力-应变关系应变关系33试验曲线试验曲线包罗线与一次性加载时的应力-应变曲线相似二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力二、混凝土的应力-应变关系应变关系应变