三維塑性鉸位移空間任意點(diǎn)性能狀態(tài)確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及塑性鉸性能判定，具體指一種三維塑性鉸位移空間任意點(diǎn)性能狀態(tài)確 定方法，本方法也能夠用于現(xiàn)有的一維塑性鉸分析，屬于塑性鉸性能評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前通常使用平面模型來(lái)分析結(jié)構(gòu)的彈塑性，塑性鉸通常也為一維的彎曲鉸，對(duì) 其性能評(píng)價(jià)也用一維的延性概念，如圖1所示。圖1為簡(jiǎn)單的一維的力一變形曲線，F(xiàn)y和Dy 是處于初始屈服狀態(tài)的力和變形，在處于D1狀態(tài)時(shí)的延性為Di/Dy。
[0003] 然而，隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算方法的發(fā)展，結(jié)構(gòu)彈塑性分析也進(jìn)入三維時(shí)代，塑性鉸也 隨之為三維鉸。三維鉸模型再也不可能像一維鉸那樣可以畫(huà)出一維關(guān)系曲線（彎曲鉸為彎 矩-轉(zhuǎn)角曲線），只能用力空間、位移空間、力和位移空間的關(guān)系來(lái)描述。力空間為軸力-彎 矩1-彎矩2,需要給出初始屈服面和后繼屈服面，位移空間為軸向位移-轉(zhuǎn)角1-轉(zhuǎn)角2,每 個(gè)點(diǎn)的位移為彈性位移和塑性位移之和，力和位移空間的關(guān)系為塑性流動(dòng)法則。
[0004] 從以上的三維鉸模型可以看出，用傳統(tǒng)的延性評(píng)價(jià)方法來(lái)評(píng)價(jià)現(xiàn)有的三維塑性鉸 是無(wú)法操作的，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的評(píng)價(jià)方法面臨的是一個(gè)初始屈服點(diǎn)（根據(jù)分析工作者定義），而 三維塑性鉸會(huì)有無(wú)數(shù)個(gè)初始屈服情況，每個(gè)初始屈服情況在位移空間有一個(gè)點(diǎn)與之對(duì)應(yīng)， 這樣無(wú)數(shù)個(gè)初始屈服位移點(diǎn)會(huì)形成一個(gè)初始位移屈服面。而結(jié)構(gòu)的彈塑性反應(yīng)會(huì)在位移空 間的任意一個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)的延性系數(shù)顯然要根據(jù)初始位移屈服面來(lái)評(píng)價(jià)。為此需要探宄新 的延性評(píng)價(jià)方法，但必須能夠?qū)鹘y(tǒng)的延性評(píng)價(jià)方法包含之內(nèi)，也就是說(shuō)，傳統(tǒng)的延性評(píng)價(jià) 方法為新的延性評(píng)價(jià)方法的一個(gè)特例。同時(shí)，位移空間上的任意點(diǎn)其性能狀態(tài)如何，是處于 其可承受的受力狀態(tài)并具有可再加載外力的能力，還是處于破壞臨界點(diǎn)或者已經(jīng)破壞，或 者超過(guò)其正常承受力正趨于破壞狀態(tài)，在目前尚難以確定，這將直接影響結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、對(duì)結(jié) 構(gòu)的有效使用及受力分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種三維塑性鉸位移空間 任意點(diǎn)性能狀態(tài)確定方法，通過(guò)本方法，可以很容易確定塑性鉸所處位移空間上任意點(diǎn)的 性能狀態(tài)，用于實(shí)際結(jié)構(gòu)在某種荷載作用下性能的判斷，指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特別適用于結(jié)構(gòu)抗 震方面的設(shè)計(jì)和分析。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 三維塑性鉸位移空間任意點(diǎn)性能狀態(tài)確定方法，步驟如下，
[0008] 1)確定三維塑性鉸的初始位移屈服面；
[0009] 2)確定三維塑性鉸位移性能面，該位移性能面代表了三維塑性鉸達(dá)到某種性能狀 態(tài)所對(duì)應(yīng)的位移面，該某種性能狀態(tài)由用戶根據(jù)實(shí)際情況確定；
[0010] 3)在初始位移屈服面內(nèi)選擇一點(diǎn)0,三維塑性鉸位移空間上任意一點(diǎn)M與點(diǎn)O相 連形成一條直線，該直線與初始位移屈服面相交于一點(diǎn)R，與位移性能面相交于一點(diǎn)Q，定 義MR/QR為修正需能比；當(dāng)點(diǎn)M在初始位移屈服面內(nèi)時(shí)，MR為負(fù)，反之為正；根據(jù)修正需能 比大小即可按下述判斷規(guī)則確定該位移空間任意點(diǎn)M的性能狀態(tài)，
[0011] 當(dāng)修正需能比為1，點(diǎn)M在位移性能面上；
[0012] 當(dāng)修正需能比大于1，點(diǎn)M在位移性能面外；
[0013] 當(dāng)修正需能比小于1大于0,點(diǎn)M在位移性能面內(nèi)與初始位移屈服面之間；
[0014] 當(dāng)修正需能比等于0 ;點(diǎn)M在初始位移屈服面上；
[0015] 當(dāng)修正需能比小于0,點(diǎn)M在初始位移屈服面內(nèi)。
[0016] 所述三維塑性鉸為描述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的塑性狀態(tài)，其中混凝土構(gòu)件位移性能面可按如 下方法確定，以整個(gè)截面中混凝土受壓應(yīng)變超過(guò)w%。的面積達(dá)到整個(gè)截面面積的x%作為 達(dá)到該狀態(tài)的指標(biāo)，該指標(biāo)稱為應(yīng)變面積指標(biāo)。
[0017] 所述三維塑性鉸位移性能面包含能力面，能力面按如下方法確定，塑性鉸破壞時(shí) 所對(duì)應(yīng)的性能狀態(tài)面。
[0018] 所述三維塑性鉸適用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)及鋼混結(jié)構(gòu)，其初始位移屈服面 的確定根據(jù)不同的構(gòu)件類(lèi)型使用不同的方法，其中鋼筋混凝土構(gòu)件的屈服面確定較為復(fù) 雜，簡(jiǎn)單的可以根據(jù)鋼筋混凝土構(gòu)件中的鋼筋屈服情況確定，復(fù)雜的可以根據(jù)鋼筋屈服情 況和混凝土的應(yīng)變面積指標(biāo)綜合確定，顯然后一種更為精確。
[0019] 為方便計(jì)算，所述O點(diǎn)為初始位移屈服面和位移性能面共同的坐標(biāo)原點(diǎn)。
[0020] 采用本方法，可以很容易確定塑性鉸所處位移空間上任意點(diǎn)的性能狀態(tài)，用于實(shí) 際結(jié)構(gòu)在某種荷載作用下性能的判斷，指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特別適用于結(jié)構(gòu)抗震方面的設(shè)計(jì)和 分析。本三維塑性鉸評(píng)價(jià)方法不僅僅是原一維塑性鉸評(píng)價(jià)方法的擴(kuò)展，更是理論上的創(chuàng)新 和完善。從本質(zhì)上擴(kuò)展了塑性鉸評(píng)價(jià)理論，是一種更加具有實(shí)用性與統(tǒng)一性的評(píng)價(jià)方法。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1-現(xiàn)有的一維塑性鉸延性計(jì)算示意圖。
[0022] 圖2-本發(fā)明三維塑性鉸延性計(jì)算模型圖。
[0023] 圖3-本發(fā)明三維塑性鉸需能比計(jì)算模型圖。
[0024] 圖4-本發(fā)明三維塑性鉸修正需能比計(jì)算模型圖。
[0025] 圖5-柱子截面四種受力情況示意圖。
[0026] 圖6-空間任意一點(diǎn)與原點(diǎn)連線和屈服面的交點(diǎn)示意圖。
[0027] 圖7-屈服球面其中四分之一部分示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0029] 傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法面臨的是一個(gè)初始屈服點(diǎn)（根據(jù)分析工作者定義），而三維塑性 鉸會(huì)有無(wú)數(shù)個(gè)初始屈服情況，每個(gè)初始屈服情況在位移空間有一個(gè)點(diǎn)與之對(duì)應(yīng)，這樣無(wú)數(shù) 個(gè)初始屈服位移點(diǎn)會(huì)形成一個(gè)初始屈服位移面。而結(jié)構(gòu)的彈塑性反應(yīng)會(huì)在位移空間的任意 一個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)的延性系數(shù)顯然要根據(jù)初始位移屈服面來(lái)評(píng)價(jià)。為此，本發(fā)明對(duì)廣義延性系 數(shù)做出以下定義：
[0030] 在初始位移屈服面內(nèi)選擇一點(diǎn)0,位移空間上其它任意點(diǎn)M與之相連形成一條直 線，直線與初始位移屈服面相交于一點(diǎn)R，廣義延性系數(shù)為MO/RO。
[0031] 通常，選擇0點(diǎn)需要滿足以下條件：1、方便實(shí)用。2、傳統(tǒng)的延性評(píng)價(jià)方法為新的延 性評(píng)價(jià)方法的一個(gè)特例。因此，本發(fā)明選擇〇為原點(diǎn)，但也可以根據(jù)需要選擇其它點(diǎn)。
[0032] 選擇原點(diǎn)為0點(diǎn)時(shí)，延性系數(shù)的計(jì)算模型如圖2。
[0033] 對(duì)一維塑性鉸進(jìn)行延性評(píng)價(jià)時(shí)，塑性鉸會(huì)有唯一的延性系數(shù)，然而對(duì)于三維塑性 鉸延性評(píng)價(jià)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不同的點(diǎn)，延性系數(shù)會(huì)不同，此時(shí)，比較延性系數(shù)的大小將會(huì)毫 無(wú)意義，這給三維塑性鉸的性能評(píng)價(jià)帶來(lái)很大的不便。因此，在三維塑性鉸的評(píng)價(jià)中需要一 個(gè)性能需求與性能能力的比值。雖然，在不同的力作用方式下，在位移空間有一位移能力點(diǎn) 與之對(duì)應(yīng)，雖然位移空間中不同點(diǎn)延性能力會(huì)不同，但無(wú)數(shù)個(gè)位移能力點(diǎn)形成的位移性能 面是確定的。參照廣義延性系數(shù)的定義，給出如下的需求與能力的比值定義，簡(jiǎn)稱需能比：
[0034] 在位移性能面內(nèi)選擇一點(diǎn)0,位移空間上其它任意點(diǎn)M與之相連形成一條直線，直 線與位移性能面相交于一點(diǎn)Q，需能比為M0/Q0。
[0035] 通常情況下選擇原點(diǎn)為0點(diǎn)，此時(shí)需能比的計(jì)算模型如圖3。
[0036] 由