英文翻譯鋼支柱的非彈性循環(huán)模型

英文翻譯InelasticCyclicModelforSteelBraces李和根01021022土木工程01-8班鋼支柱的非彈性循環(huán)模型JunJin1andSherifEl-Tawil,P.E.,M.ASCE2摘要：一種能夠精確模擬鋼支撐非彈性循環(huán)反復(fù)運(yùn)動(dòng)的梁—柱構(gòu)件已經(jīng)出現(xiàn)。在壓力—合成領(lǐng)域，一種采用以前的Euler運(yùn)算法則的約束表面可塑性模型用來(lái)演示橫截面塑性的變化軌跡。由于局部帶扣而引起的橫截面剛度的衰退可以通過(guò)一種損傷模型來(lái)計(jì)算。提出的計(jì)算公式已經(jīng)應(yīng)用于一個(gè)大的變形分析程序上面，通過(guò)觀察模擬地震條件下各種不同的構(gòu)件在承受反復(fù)循環(huán)荷載和沖擊時(shí)的非彈性工作性能顯示其能夠預(yù)算變形并有足夠的精確度。DOI:10.1061/~ASCE!0733-9399~2003!129:5~548!CE數(shù)據(jù)庫(kù)受以下因素的影響：扣件，扣件的位置，邊界曲面，可塑性。緒論有支撐的鋼—框架結(jié)構(gòu)在地震高發(fā)區(qū)域很流行。鋼支撐提高了結(jié)構(gòu)體系的側(cè)向剛度和強(qiáng)度，在地震期間通過(guò)非彈性變形的方式幫助分散地震能量。鋼支撐能夠被設(shè)計(jì)成僅僅抵抗張力或者同時(shí)抵抗軸向的張力和壓力。僅抵抗張力的鋼支撐是體形很薄建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，這些構(gòu)件的帶扣早已經(jīng)在承受壓力的作用，所以在設(shè)計(jì)時(shí)可以不考慮這些張拉支撐的抗壓能力。在強(qiáng)地震期間，僅有張拉支撐的建筑表現(xiàn)不盡如人意。并且在經(jīng)常遭受強(qiáng)地震的地區(qū)這種結(jié)構(gòu)不是很流行尤其是在（Bruneauetal.1998!.）。實(shí)驗(yàn)表明在總體上，張—壓支撐體系在強(qiáng)地震期間的表現(xiàn)更為出色，但是這種支撐在嚴(yán)重反復(fù)荷載的作用下，它的性能狀況是很復(fù)雜的并且還沒(méi)有被完全的研究透徹。這些支撐構(gòu)件的非彈性循環(huán)反復(fù)工作性能比較復(fù)雜，它受以下的物理現(xiàn)象影響：張拉屈服，受壓狀態(tài)下的扣件，扣件處承受壓荷載的能力的衰退，反復(fù)荷載作用下的軸向剛度的衰退，在塑性鉸接接區(qū)的低循環(huán)疲勞破壞，Bauschinger效應(yīng)。這些因素使得這種分析模型的表達(dá)試的有效率變得復(fù)雜，這種有效分析模型能夠精確模擬鋼支撐的非彈性工作狀態(tài)，然而，實(shí)用且可靠的分析工具對(duì)于現(xiàn)行的說(shuō)明性抗震規(guī)范到實(shí)際應(yīng)用基本設(shè)計(jì)規(guī)范是很重要的，這種設(shè)計(jì)規(guī)范要求精確地預(yù)計(jì)到結(jié)構(gòu)倒塌的非彈性極限。這篇文章中對(duì)于梁—柱構(gòu)件給出的公式能夠模擬管狀鋼支撐的非彈性循環(huán)反復(fù)工作狀態(tài)。這個(gè)模型應(yīng)用在計(jì)算機(jī)分析程序當(dāng)中，通過(guò)與分析計(jì)算做比較，從而檢驗(yàn)單個(gè)鋼支撐及三向支撐實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。無(wú)彈性的支柱帶扣模型根據(jù)要模擬梁柱非線性工作的具體要求，非彈性結(jié)構(gòu)模型可以被分門(mén)別類(lèi)，分為大模型或小模型。模型中所要強(qiáng)調(diào)的是與無(wú)明顯屈服點(diǎn)應(yīng)變所對(duì)應(yīng)的無(wú)明顯屈服點(diǎn)應(yīng)力（列如：與彎曲現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的彎矩）或者恰恰相反，在以面后的章出項(xiàng)的有有明顯屈服點(diǎn)應(yīng)變所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。因此，大模型比起小模型來(lái)具有更高的計(jì)算精確度，構(gòu)成了絕大多數(shù)兩維和三維空間結(jié)構(gòu)大規(guī)模分析的基礎(chǔ)。典型的大模型或者是集中式或者是分散式。集中式的原理是所有非彈性都聚集在桿件的端上，在一個(gè)近似有效的方式中，以此來(lái)計(jì)算非彈性材料的工作性能。另一方面，分布式模型比集中式塑性模型更為合理，因?yàn)樗紤]到了沿長(zhǎng)度方向上的所有截面而不是僅僅考慮到桿件的兩端。然而，也正因如此，這種模型的計(jì)算花費(fèi)也比集中式模型的更多。根據(jù)Ikeda和Mahin的研究，已用于模擬鋼支撐非彈性工作性能狀態(tài)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件模型能夠被有選擇性的分為有限構(gòu)件模型，現(xiàn)象模型和物理理論模型。但是，現(xiàn)象模型和物理理論模型有歸屬于大模型類(lèi)別。由于其自身的功能特性，支撐桿件有限構(gòu)件模型是最為嚴(yán)格和合理模型。但是有限構(gòu)件模型應(yīng)用成本高?，F(xiàn)象模型是基于簡(jiǎn)化的hysteretic規(guī)則，這個(gè)規(guī)則僅僅模擬相應(yīng)支撐桿件中對(duì)應(yīng)于軸向位移的可觀察到的軸向應(yīng)力。這些模型都擁有局部自由度，采用磁滯周期來(lái)表示荷載—位移，這種方法又采用大量的直線段來(lái)表示?，F(xiàn)象模型的使用要求為每個(gè)要分析的桿件輸入的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)具有一定的規(guī)范性。輸入的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源于實(shí)驗(yàn)或者是更為精確的分析模型的結(jié)果。盡管決定要輸入什么樣的數(shù)據(jù)有困難，現(xiàn)象模型已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于非線性地震分析。例如：1973年的Nilforoushan地震，1977年的Singh地震，1978年的Jain地震，1980年的Maison和Popov地震，1984的Ikeda地震和1989Fukuta地震。矮栗板物理理論急模型比現(xiàn)發(fā)象模型更有為基礎(chǔ)，妹其表達(dá)式疼建立在能浸影響非彈狼性支撐工看作性能狀怒態(tài)的物理訂性質(zhì)的基極礎(chǔ)上。例調(diào)如：物理裝理論模型急考慮到了爐撓度和軸例向間相互扭作用的結(jié)改果并且是勾大變形分爛析公式的釘一部分。禽跟現(xiàn)象模田型不一樣瑞的是，給彼物理理論覆模型輸入賞的參數(shù)是掏以材料的境性質(zhì)為基鈔礎(chǔ)的，比慢如：鋼材蟲(chóng)的屈服強(qiáng)各度，彈性滋模量，幾窄何性質(zhì)上貝的截面面戒積和慣量街等等。支搭撐桿件的獅物理理論續(xù)模型最簡(jiǎn)巷單最普遍享的應(yīng)用是滋在集中式箭大模型當(dāng)們中，比較逢特別的是熊，這樣的勾模型是由桃在跨中鉸貧接而成的敗彈性元件咳組成。使診用邊界條道件是栓接名，在桿件階固接條件鬧下，取有證效長(zhǎng)度部戴分作為栓改接考慮。老這種模型蹤的例子可污以在以下嶺的文獻(xiàn)中手找到：雪Nilf拌orou困shan合賽（歌1973綱），遵Nona袋ka醋（腎1973列,197六7隸），裹Gug稠erli截and敘Goe個(gè)l嗎（膠1982渡），斃Shib面ata柏（杠1982孫），捎Reme窯nnik民ovan崖dWa唐lpol帆e制（劇1997煤b火）。帥孫蒜在已出版唇的物理理慧論模型當(dāng)哪中，絕大詳多數(shù)都有扣大的限制亦，最為重演要的是：涉（樸1播）假設(shè)集框中非彈性殖狀態(tài)是發(fā)說(shuō)生在塑性臘鉸接區(qū)域棉，并沒(méi)有逐明確地考匠慮到沿構(gòu)肝件長(zhǎng)度方攻向塑性展憂(yōu)開(kāi)。快（庫(kù)2傭）從塑性棕到塑性的飽過(guò)度迅速隆沒(méi)有考慮泛到么Baus奉chin員ger熟眾效應(yīng)薪（史3招）四循環(huán)反復(fù)購(gòu)作用下，烈軸向剛度體的降低沒(méi)結(jié)有被模擬墳到。牙（宮4召）邊界條把件是巧栓辦—斬—鍬栓接的。駝精確的物零理理論模推型試圖解璃決一個(gè)或夾更多的這瓜樣的限制終。例如掘：規(guī)198局4薄年的座Iked訊aan右dMa宴hin吉模型習(xí)，索199問(wèn)7染年的盾Reme蓮nnik腥ova華ndW給alpo蝶le疊模型都考司慮到了尸Baus銜chin獎(jiǎng)ger豬奸效應(yīng)和循漠環(huán)反復(fù)荷齒載作用下盒支撐軸向草剛度的降咐低。雖這篇文章診描述了被勸用來(lái)演示敗非彈性支奔撐扣的但梁遲—極—釀柱模型。楚提出的模匹型解決了天前面的所絹有限制。池也就是說(shuō)贈(zèng)它考慮到斥了沿長(zhǎng)度湊方向和截灰面方向塑腐性的逐漸合展開(kāi)，模鑰擬了循環(huán)猴反復(fù)荷載我作用下軸投向剛度的器降低，在談邊界條件街上也沒(méi)有鬧限制。這挑個(gè)模型屬臂于分布試貢大模型，揚(yáng)利用到了電約束表面危的塑性模盜型（約束頑表面塑性欲模型應(yīng)用胡在截面水食平上表現(xiàn)僅應(yīng)力合成罰和無(wú)明顯溪屈服點(diǎn)的兩截面應(yīng)變熊之間的聯(lián)拘系，也就祝是和重心額的軸向應(yīng)騰變和彎曲匠之間的聯(lián)勝系。提出均的這個(gè)模捎型是對(duì)其落他先前已纏經(jīng)被閘El-T攻awil樓and逼Dei儲(chǔ)erle魂in際（惠2001而a,b遷）發(fā)明的銷(xiāo)模型的一賢種延伸，振并且被公兼式化。這且個(gè)公式也尼考慮到了晌由模擬鋼櫻支撐桿件躍非彈性工甜作狀態(tài)帶占來(lái)的挑戰(zhàn)躲。通過(guò)分化析數(shù)據(jù)刑和巾197晴9親年老Popo池v恭的實(shí)驗(yàn)結(jié)曲果夫；蝦198浙0街年答B(yǎng)lac絹k幸的實(shí)驗(yàn)結(jié)法果走；彈198絕0雄年況Ghan幻aat若的實(shí)驗(yàn)結(jié)臥果之間的怎比較校驗(yàn)義已發(fā)明的頂模型芳應(yīng)味力浮—裝—蒼合成塑性絨梁柱的應(yīng)趁力麻—裹—野合成塑性始模型涉及剖到對(duì)用以餐模擬在軸歲向力和彎繳矩共同作懲用下非彈勝性狀態(tài)的各古典應(yīng)穩(wěn)力巷—迫—孕空間塑性旱規(guī)則的適友應(yīng)。對(duì)于盾集中鉸接葵模型，桿庫(kù)件力跟桿刺件的端變作形有關(guān)（奮軸向縮短蝶和旋轉(zhuǎn)）伍，然而，犧對(duì)于分布拉試模型，繞如包例技1丙所示，截尚面力跟無(wú)印明顯屈服隊(duì)點(diǎn)的截面重應(yīng)變有關(guān)墾（重心軸礎(chǔ)向應(yīng)變和逢彎曲）。得增加的截季面記力規(guī)d怖F沸和無(wú)明顯職屈服點(diǎn)的匯應(yīng)捏變尿d左E廊被定義為刊：都d迷F怕=吼<豬dPd潛Mzd些My瀉>對(duì)T狐耕次（眾1鉛）糾駐d叔E=恩<孝d配∈尊d贈(zèng)Φ年zd打Φ貓y撕>稿T蹄狠槳攝（傳2士）屆Fig.念1.押Stre川ssr祥esul趙tant括san糖dco卸rres炒pond恩ing錢(qián)gene莊rali妻zed敬stra偶ins信其中禾：籠P密=踩軸向荷載取；宗Mz撇蔑和煎M慎y扁分別等于顏?zhàn)畲?，最仙小彎禮矩船;扣ε盜=宇軸向重心動(dòng)截面應(yīng)變犁；糞Ф淹z陜和睡Ф鵝y民分別是最鬧大最小軸航向彎曲率澇。增加的蝦應(yīng)變能進(jìn)貢一步被分鐮成彈性和躬塑性分量閃：跡d威e逐=番d昏e伍e笑+修d味e然p替約束表面便模型運(yùn)動(dòng)蔥學(xué)停塑性公式限的運(yùn)動(dòng)學(xué)射受約束表幸面模型的斗支配。塑爸性模型的茫受荷平面月和約束表鞏面如卸例絹2衡所示（二冶維空間平齡面）。模樸型由兩個(gè)迫嵌套表面勺組成，在男由內(nèi)表面灶或者受荷盾表面包圍蹲的一個(gè)區(qū)飾域里，我錘們假設(shè)橫儉截面是彈捷性的。兩若個(gè)表面相搜交的部分刷對(duì)應(yīng)于橫息截面的部端分屈服，其約束表面流代表完全患的塑性。絲這兩個(gè)表填面的運(yùn)動(dòng)棒受一個(gè)運(yùn)鞠動(dòng)學(xué)的硬移性規(guī)則所盜支配，在真規(guī)則中規(guī)紡定這兩表按面可以被浪調(diào)動(dòng)但不丸能被改變沸形狀和旋族轉(zhuǎn)。出于嘗計(jì)算方便另的目的，媽我們假設(shè)氣受荷表面溪是約束表課面的鱗片敵化版本，刻這樣就能費(fèi)確保受荷都表面的位進(jìn)置在約束鉆表面之內(nèi)化且沒(méi)有與雅約束表面艘交迭。栗衫暑例隨2差圖中插點(diǎn)會(huì)A俯表明：死當(dāng)受荷表穩(wěn)面里的合悅成應(yīng)力達(dá)鐮到適當(dāng)值雜時(shí)，橫截顏面里就開(kāi)喬始出現(xiàn)最健初的屈服雖。在塑性蓄受荷的起戲始值一定女，且連續(xù)趁受荷情況吊下，約束溜表面上的奉一個(gè)變化嘗點(diǎn)刮決定受荷稻表面沿連螺接孕A遞和匙的連谷線教U湊調(diào)整。約坑束表面的言調(diào)整方向膠跟受荷表冠面一樣，考但是速度腰慢一些。沸如輪例塘2膛所示，在豪約束表面掩上的這個(gè)禁變化的點(diǎn)癢是決定了累的，這樣陳才能使受幸荷和約束辨表面上飄的咽A技和鵝點(diǎn)處的法夢(mèng)線相互平孤行。受荷張表面的運(yùn)拳動(dòng)方向跟宵Mro耽z額’攀s腹運(yùn)動(dòng)學(xué)上破硬性規(guī)則陪所指方向日一致（雪Mroz賴(lài)196穩(wěn)7鋤）。為加寒強(qiáng)連續(xù)性先條件，表保面運(yùn)動(dòng)的磨量級(jí)是一蹤定的，這致樣可以維著持加強(qiáng)點(diǎn)攪與受荷表尸面之間的倦聯(lián)系。一蠶旦受荷表兄面與約束閱表面接觸較，蓬Mro忠z搭’嗽s此賀規(guī)則就不肯再適用，箱因?yàn)榇嗣孀\(yùn)動(dòng)發(fā)生靜在表面傾披斜方向上篩，也就是絡(luò)說(shuō)平行于展例藥2路中味的飲g服。兩表面燕接觸后持逝續(xù)荷載就稅必然使用寒以往衡的湊Eule游r澡方案，這浩將在本章鉆后面討論眼。鑰時(shí)詞U銳是不明確蕩的，并且伴，這樣的過(guò)話(huà)，表面嘉運(yùn)動(dòng)是假計(jì)定由至Prag武er葬規(guī)則支配學(xué)的（膛Prag述er1踏956勒），此時(shí)織，表示Fig.倘2.運(yùn)Boun香ding擱sur偏face守mod能elf系ors掀teel噴mem螞bers科JOUR貿(mào)NAL葬OFE鉛NGIN萄EERI結(jié)NGM釘ECHA吉NICS億?A示SCE傭/MA職Y20飼03/惡累549咬有明顯屈瘡服的應(yīng)甜力屬—字—街應(yīng)變關(guān)系升姓使用受力禁和約束表什面時(shí)，后森面的公式球給出了相尋對(duì)于主要紹彎矩和軸織向力的塑黑性橫截面株剛度亮系數(shù)并如坊例泛3壘所示：林詞棕營(yíng)你（電4握）朵Fig.證3.回Forc荷eve務(wù)rsus便gen烘eral檔ized溜pla梢stic仿str保ain滅rela汁tion愿ship原夠其中：方彈性截面算剛度系數(shù)籮；享=制每個(gè)主要畏方打向昨i搖的模型系連數(shù)。對(duì)于且例桂3逃，參數(shù)那控制了殘長(zhǎng)余硬性剛島度，同理造參數(shù)違控制了橫駝截面屈服桃開(kāi)始后柔撇化率哨。漁況表示最接辛近約束表寨面的力點(diǎn)汽。牙當(dāng)犧d=濁時(shí)，截面族是彈性的資并且塑性叫剛度摸量趙設(shè)為無(wú)窮幼大。垂當(dāng)塊d=汗0麻時(shí)，力點(diǎn)鄉(xiāng)在約束表框面上，表訓(xùn)明塑性剛從度的軟化南率等于央。在兩極蔑限之間栽（靜d=罩，以0控），塑性挽剛度伸是絹d肌的函數(shù)。陣Tabl挺e1.累銷(xiāo)Plas戀tici翁tyC射alib緩rati薦onP丟aram愧eter倘s燈Dire蜓ctio股n京ζ糟k2漲ζ擊k蝶迅Axia堂l服0,00舊5林6,0看1,0鐘0,1寶1,0西Majo站r右0,00嘉5誓0,7昆1,2汁2,0醬3,0肥Bend勿ing板Mino吩r州0,00堆5通0,7遭0,85遇2,0極3,0椒Bend撤ing仗反之，在輝應(yīng)力權(quán)—黨基本塑性籃變形中，懲距裕離愈d功一般被當(dāng)床作是受荷治表面和約潔束表面上角力和變化增點(diǎn)之間的蛾距離。這捎對(duì)于應(yīng)力安合成塑性腔是很不相柄稱(chēng)的，此委時(shí)，軸向筒應(yīng)力和彎蹦矩的容許閉值在大小退上有顯著儲(chǔ)的不同。齒在彎矩與毀軸向荷載損相對(duì)應(yīng)時(shí)剩，容許值膛在單位上頁(yè)還是不一難樣的。采順用的這種絡(luò)方法分別侵求出三個(gè)精主要方向蜘上的塑性披剛度模量蕉，求出的哲值用來(lái)區(qū)差分三個(gè)方樣向上的不嚷同距離威在每個(gè)主魂要方向上輛，勒母是新的塑書(shū)性荷載進(jìn)身程開(kāi)始處庭的距離。離不管什么焦原因，她d脾超過(guò)婚時(shí)，努取值脈d雕。匹這在卸載屠時(shí)或是當(dāng)粱方向發(fā)生周大的改變誕以至一個(gè)墳新的塑性側(cè)進(jìn)程開(kāi)始正時(shí)都會(huì)發(fā)餡生。當(dāng)三弊個(gè)方向的煤任何一個(gè)搖d身值超過(guò)顏時(shí)，每個(gè)沈方向上的姥初值都將引被重新設(shè)虜定。卸載死—揚(yáng)加載循環(huán)絲的幅度過(guò)年大也能引煮起問(wèn)題，萬(wàn)我們采用尸Sfak廉iana腰kisa南ndF婆ardi斗s稅（辭1991青）界研究的出臥來(lái)的方法尺來(lái)處理。輕研究中使不用的塑性鹿參數(shù)劈用光纖截港面模型來(lái)撇校準(zhǔn)。把勇使用精確表的冶（禾4回）時(shí)與有碎明顯屈服戰(zhàn)應(yīng)變所對(duì)乏應(yīng)的應(yīng)力君與截面闖為信w350關(guān)*14臟7束的完全彈駱性的可塑蠶性鋼試件蘭的光纖分靠析數(shù)據(jù)做疾比較以達(dá)斤到校準(zhǔn)的劈目的。該旋方法的詳疫細(xì)內(nèi)容讀俘者可以查碗閱資拐料風(fēng)E1-T替awi浪l穗和制Deie浮rlei剖n(20婚01b聞)販。選擇這仆種特殊截帽面用以代灣替典型中原等重度包漁金箔幸的豎w腎型鋼。使楊用逐（尊4筍）的實(shí)驗(yàn)劃表明相應(yīng)鞏的橫截面尸與所選的蘭校準(zhǔn)參數(shù)艙的大小之映間沒(méi)有關(guān)談聯(lián)，并且葉實(shí)驗(yàn)在一域定的截面抵重量和類(lèi)腹型包括管霜狀桿件范柱圍內(nèi)進(jìn)行扯順利。校偵準(zhǔn)參數(shù)列堤在濟(jì)表康1惹中。塑性流決公式紅的一項(xiàng)功搶能就是以蔥應(yīng)力合成爺結(jié)闖果識(shí)F鉛（一個(gè)描勒述在應(yīng)力并合成空間丟表面位置查的補(bǔ)償向樸量）描述泛受荷表面幅和變硬參映數(shù)盛K照。提出的震公式中，輛這個(gè)表面國(guó)表示橫截湊面的初始湖屈服。當(dāng)癢塑性能量悉的增量是狹正時(shí)，塑素性加載發(fā)憑生。退慢195批9袋年始，貨Druc攪ker澇煤把強(qiáng)化塑組性材料的綠工作定義息為一項(xiàng)在翁荷載增量言為正時(shí)完變成的工作尸，并且在偏加吧載急-落卸載循環(huán)沙中完成的訊這項(xiàng)工作旱是非負(fù)的率，漸漸地屑，這個(gè)定肆義就作滋為狀Druc嘉ker萌沸假定為大忽家所知。韻雖然最初岔是為研究炸應(yīng)遭力鞏-濕應(yīng)變性質(zhì)朋發(fā)明的，魔但可以延乞伸應(yīng)用到傾橫截面應(yīng)筆力合成分佩析研究。徐這個(gè)假定澇產(chǎn)生了兩燦個(gè)對(duì)強(qiáng)化看橫截面工訴作很重要陡的結(jié)果，脆在彎Druc撒kerd畫(huà)e采歸判斷中，勤在正常條松件下，對(duì)孩于受荷表傅面的突出憑部分來(lái)說(shuō)棋，強(qiáng)化橫岔截面的工急做是穩(wěn)定鍋的。正常股條件意味迎著受荷表摔面（屈服越表面）的蘿塑性變形素是正常的非，這一點(diǎn)越對(duì)于非彈柱性剛度矩寺陣的引出諒及為塑性湯受荷和塑鳥(niǎo)性卸荷的東檢驗(yàn)提供塊一種簡(jiǎn)便誰(shuí)方法是至壇關(guān)重要的隊(duì)。芳苗逃如果執(zhí)行而正常假定簽的話(huà)，在磨屈服表面駐上的受力涂點(diǎn)，增加叉的塑性應(yīng)離變矢量