PDF格式（左键浏览，右键另存）：

大跨、高层结构动力弹塑性和倒塌分析（I）: 原理、MSC.MARC子程序开发与验证

第x 卷第x 期《建筑结构》Vol.x No.x


摘要：首先详细回顾钢材和混凝土材料的弹塑性静态损伤滞回模型（静态本构模型）并改进了混凝土加载滞回规则，然后又回顾和论述了钢材和混凝土材料考虑应变率效应的本构模型（动态本构模型），同时简述了纤维梁的基本原理。在此基础之上，进而开发了直接能够与MSC.MARC主程序保持数据相互调用的子程序（包括材料应变率效应、被动控制、主动控制与单元生死判断）。本文主要涉及到材料的应变率效应，程序不限于只考虑静态本构模型，还考虑了动态本构模型以进一步考虑结构在动力作用下应变率因素对结构反应的影响，可结合单元生死子程序用于结构在动力作用下的弹塑性和倒塌分析。最后，将编制的应变率子程序应用于钢筋混凝土构件的弹塑性分析，并与已有试验结果对比，进而说明了程序的可靠性和准确性，同时也建议考虑应变率因素对结构反应的影响是必要的。
关键词：弹塑性；损伤滞回本构；应变率效应；纤维梁；MSC.MARC；倒塌
中图分类号：P315.9;U442   文献标识码：A     文章编号：

Abstract：The static elastic-plastic damage hysteretic models for steel and concrete under quasi-static cyclic loading were reviewed and the hysteretic rule of concrete was improved. While, the envelop curve of constitutive relationship of steel and concrete considering strain rate effect were further reviewed. Then, the principle of fiber beam model was briefly described as well. On the basis of the theory models and principles above, the subroutine covering the effect of material strain-rate, passive control, active control and element birth and death judgment model, for simulating structural response is coded and developed in compliance with MSC.MARC user guide. The content focuses on the effect of material strain-rate. The developed subroutine not only includes the static stress-strain relationship, but can simulate the dynamic responses considering strain-rate effect, and the subroutine can be used to conduct structural elastic-plasticity and collapse analysis. At last, the developed subroutine is used to simulate the elastic-plasticity analysis of reinforced concrete members and the simulation results are compared with experiment results. The analysis results show that the subroutine developed in this paper is verified to be reliable and accurate，and further indicate that it is necessary to consider the strain-rate effect on the structural response. 
Key words：elastic-plasticity; damage hysteretic constitutive relationship; strain-rate effect; fiber beam; MSC.MARC; collapse

引言
鉴于此，传统分析中基于静力本构模型的结构弹塑性分析缺乏考虑因素的全面性，将动态本构应用于结构动力弹塑性分析中不仅可以体现考虑因素的全面性，甚至这一因素在某些情形下是不容忽视的。
       本文开发了直接能够与MSC.MARC主程序保持数据相互调用的子程序。该子程序不限于只考虑静态本构模型，还考虑了动态本构模型，从而可分析结构在动力荷载作用下应变率因素对结构反应的影响。将该子程序应用于钢筋混凝土构件的模拟分析，并与试验结果作以比较。
结 语  (1) 改进并给出了混凝土滞回曲线中的卸载后再加载路径的规则，编制了材料动态本构的MSC.MARC子程序。
 (2) 采用编制的动态本构的MSC.MARC子程序对已有文献中试验进行数值模拟，模拟结果与试验数据吻合度很好，验证了动态本构的MSC.MARC子程序。
 (3) 通过试验结果、数值模拟并结合理论分析，建议在结构的动力弹塑性分析和倒塌分析中需要考虑应变率对结果的影响，由此可提高分析问题的科学性和考虑因素
      的全面性。

参考文献(References)：
[1] 柳国环, 陆新征. 大跨、高层结构动力弹塑性和倒塌分析（II）:纤维程序UMAT原理与开发[J].建筑结构，2014,44（4）：******.
[2] GB 50010－2010 混凝土结构设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2011.
[3] 汪训流. 配置高强钢绞线无粘结筋混凝土柱复位性能的研究[D].北京：清华大学，2007
[4] 聂建国,陶慕轩.采用纤维梁单元分析钢-混凝土组合结构地震反应的原理[J].建筑结构学报，2011,32（10）：1-10.
[5] WAKABAYASHI M, NAKAMURA T, IWAI S, et al. Effect of strain rate on the behavior of structural members subjected to earthquake force[C]// Proceeding of 8 th World Conference on Earthquake Engineering. San Francisco,1984：491-498.
[6] SHING P S B, MAHIN S A. Rate-of-loading effects on pseudo dynamic tests [J]. Journal of Structural Engineering, 1988, 114 (11) : 2403-2420.
[7] EIBL J. Concrete structures under impact and impulsive loading[R]. Dubrovnik: Comite Euro-International du Beton, 1988.
[8] COMITE EURO-INTERNATIONAL DU BETON. CEB-FIP model code 1990[S].Redwood Books, Trowbridge, Wiltshire, Great Britain,1990.
[9] 林峰,顾祥林,匡昕昕,等. 高应变率下建筑钢筋的本构模型[J]. 建筑材料学报,2008, 11 (1) : 14-20.
[10] 李敏.材料的率相关性对钢筋混凝土结构动力性能的影响[D]. 大连:大连理工大学,2012.
[11] 李敏,李宏男. 建筑钢筋动态试验及本构模型[J].土木工程学报，2010,43(4):70-75.
[12] 范俊奇，高永红，楼梦麟，等. 新III级钢筋动力性能及在抗震抗爆结构中应用试验研究[C]//第八届全国工程结构安全防护学术会议，2011：406-412.
[13] 柳国环，陆新征，于秀雷等. 大跨、高层结构动力弹塑性和倒塌分析（II）:SAP2MARC、MARCPOST技术开发与应用[J]. 建筑结构，2014,44（4）：******.