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[材料力学] 单向加载、反复加载条件下钢筋的应力-应变曲线

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发表于 2018-4-17 16:33 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  一、单向加载应力-应变关系
  钢筋本构关系往往采用弹塑性关系(二直线关系),其中:fyεy表示钢筋屈服强度、屈服应变,Es表示钢筋弹性模量,Es1=0.01εsu表示钢筋的极限拉应变。
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  钢筋应力-应变关系实验曲线

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  钢筋的弹性硬化关系

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  钢筋的理想弹塑性关系

  二、反复加载应力应变关系
  在往复荷载作用下,钢筋本构关系存在包辛格效应(Bauschinger effect)。

  包辛格效应——塑性力学中的一个效应,指具有强化性质的材料由于塑性变形的增加,屈服极限在一个方向上达到,并产生塑性变形后,在另一个方向(反向)加载时屈服强度降低的现象。
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  钢筋在反复荷载作用下应力-应变滞回环

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  钢筋的骨架曲线

  1. 在往复荷载作用下钢筋本构关系

  分以下三种情况:

  (1) 钢筋应力|σs| < fy时,钢筋服从线弹性关系,即服从下图的OA直线,应力和应变关系可表示为:
7.png

8.png



  钢筋应力未变号时应力-应变关系

  (2) 钢筋应力|σs| ≥ fy 而且钢筋未发生变号时:钢筋服从弹塑性关系,即服从上图的CDB直线。

  (3) 钢筋应力|σs| ≥ fy 而且钢筋发生变号时:钢筋服从弹塑性关系,但产生包辛格效应。其骨架曲线如下图所示:
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  钢筋应力变号后应力-应变骨架曲线

  其应力和应变关系可表示为:
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  式中,εr表示钢筋最近一次变号时的应变;σg表示钢筋破坏强度;C表示计算参数,其值为:
11.png


  钢筋卸载按斜率Es直线进行,但再加载时∣σs∣不得超过钢筋骨架曲线上对应的应力绝对值。

  钢筋加载屈服后--卸载--再加载,形成钢筋反复加栽的应力-应变滞回环。骨架曲线与单调加栽的应力应变曲线一致。

  2. 考虑钢筋与混凝土粘结滑移的钢筋反复加载本构模型

  重复加载下软钢本构关系如下图所示:
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  重复加载下软钢本构关系


  通过等效刚度法,考虑粘结滑移对钢筋本构关系骨架线的影响如下图,图中虚线(3)(4)分别为屈服前后钢筋原始弹模,实线(1)(2)为考虑钢筋混凝土粘结滑移后的等效刚度。
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  加载考虑粘结滑移对钢筋本构关系

  图中Eeq可表示为:
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  卸载及再加载曲线采用Menegotto和Pinto(1973)建议的模型,如下图中实线(5)所示。
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  考虑粘结滑移反复加载下钢筋本构曲线

  曲线(5)的方程表达式为:
16.png

  式中:
17.png

  R是决定曲线形状的参数,反映钢筋的包辛格(Bauschinger)效应。

  三、钢筋的疲劳强度
  1. 钢筋的疲劳破坏
  指钢筋在承受周期性动荷载作用下,经过一定次数后,从塑性破坏变成脆性断裂的破坏现象。

  原因:钢筋内部的缺陷、钢筋本身不均匀或钢筋外表的变形突变或缺陷。

  2. 疲劳强度
  1. 定义:指在某一规定应力幅度内,经受一定次数循环荷载后(200万次),发生疲劳破坏的最大应力值。(该值低于静荷载下钢筋的极限强度、有时低于屈服强度)

  2. 影响因素:应力幅度(主要因素)、最小应力值、钢筋外形、钢筋直径、试验方法等。

  本文摘录自百度文库《非线性本构关系》一文,作者不详。



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