刘 赛,顾冬生

(江南大学 环境与土木工程学院,江苏 无锡214122)

基于性能的抗震设计和评估程序需要精确的非线性有限元模型,要求能够捕捉到与各级性能目标相关的结构响应。地震灾害报告和试验数据表明,强烈的地震动会使结构产生非线性变形,在梁柱端部形成塑性铰。损伤累积会使塑性铰区域强度和刚度退化,影响结构抗力和动力特性,造成局部和整体倒塌[1]。实际有限元模型不仅要稳定可靠,计算效率高,而且能体现出构件在往复荷载作用下,塑性铰区域强度和刚度退化的现象。

为了精确地预测结构在地震作用下倒塌,Ibarra[2]提出了一种包含强度和刚度退化的IMK(Ibarra-Medina-Krawinkler)滞回规则,该模型描述力和变形的关系,能对钢构件、胶合板和RC(钢筋混凝土)构件进行模拟。结果表明,该模型能较好地模拟包含退化在内的构件受力特征。Lignos[3]根据大量钢构件试验结果在OpenSees中提出了ModIMK(Modified IMK)弯矩 转角模型,并成功预测了四层钢框架的倒塌。Haselton[4]对ModIMK弯矩 转角模型应用于混凝土构件进行了研究,提出了各参数的计算方法,模拟结果和试验结果吻合较好。国内外对ModIMK弯矩 转角模型已经进行了大量研究和广泛的应用,但是ModIMK弯矩 转角模型明显的不足是该模型描述的是构件宏观的整体变形,对截面层次上的参数,如截面曲率等无法提取,这不利于结构性能评估。

OpenSees中基于力的单元(Force-Based Element)能对构件从截面层次上进行定义,赋予材料本构模型,对构件力 变形关系进行模拟。Scott[1]进一步开发了塑性铰(Beam With Hinges)单元,可以实现构件塑性区域集中在某一确定的长度范围内,其余部分处于弹性状态,该模型和常用的等效塑性铰模型原理非常接近。……