(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111533001.9 (22)申请日 2021.12.15 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市甘井 子区凌工 路2号 (72)发明人 马俊涛　王国新　 (74)专利代理 机构 大连理工大 学专利中心 21200 代理人 戴风友 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种针对受损钢筋混凝土截面的性能分析 方法 (57)摘要 本发明属于土木工程技术领域， 涉及一种针 对受损钢筋混凝土截面的性能分析方法。 本发明 基于在OpenSees中运行有限元弹塑性分析和 MATLAB编程后处理的方法， 能够定量的确定所关 心截面的损伤状态， 分别考虑地震损伤对截面上 混凝土纤维和钢筋纤维的影 响， 更加细致的展示 地震作用对构 件混凝土和钢筋的影 响。 通过考虑 地震损伤对混凝土纤维和钢筋纤维的影响结合 MATLAB编程计算出截面的Mu和Φu， 进而通过 MATLAB编程计算出损伤截面的M ‑Φ关系。 能够得 到截面的骨架曲线， 定量的确定损伤截面的力学 性能， 评估构件性能的衰减和残余 性能。 权利要求书3页 说明书5页 附图4页 CN 114169060 A 2022.03.11 CN 114169060 A 1.一种针对受损钢筋混凝 土截面的性能分析 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： (1)建立有限单元模型： 根据结构设计参数， 采用梁柱单元和纤维截面(Fiber  Secion) 在OpenSe es中建立有限元模型， 输入选 定的地震加速度时程， 进行弹 塑性时程分析； (2)输出纤维应力应变： 利用OpenSees的recorder  Element命令输出待分析受损截面 的纤维梁 单元的应力应变； 由于截面纤维比较多， 为了能够快速构建OpenSees输出命令流， 使用MATLAB编制了能够根据截面尺寸和钢筋配置情况 快速输出纤维位置的脚本程序； (3)计算纤维损伤： 使用MATLAB读取步骤(2)中输出的应力应变数据， 在MATLAB中通过 编程计算混凝土和钢筋纤维的损伤； 具体是， 采用混凝土弹性模量的衰减计算混凝土的损 伤， 采用累积疲劳计算钢筋的损伤； 其中Dc是混凝土纤维损伤， Er是混凝土 材料再加载弹性模 量， Ec0是混凝土的初始弹性模 量； 其中Ds是钢筋纤维损伤， (2Nf)k是第k个半循环的疲劳寿命按式(8)计算， n是半循环的 数目； 其中εa是半循环的应 变幅， M和m 分别是疲劳延性系数和疲劳延性指数； (4)确定截面损伤状态： 根据步骤(3)计算的纤维损伤确定损伤对混凝土和钢筋纤维在 步骤(5)中的影响； 具体是， 对于 混凝土纤维， 损伤影响混凝土纤维的本构关系(弹性模量和 屈服强度)； 对于钢筋纤维， 损伤导致钢筋纤维面积减少； 当某个纤维的损伤等于1时， 则在 步骤(5)中不 考虑该纤维； (5)计算极限承载力和极限变形： 通过步骤(4)确定的混凝土和钢筋纤维的损伤状态， 能够确定损伤截面的状态(截面尺 寸、 纤维本构关系、 纤维面积)， 在MATLAB中编程计算损伤 截面的极限抗弯承载力(Mu)和极限曲率(Φu)； (6)进行损伤截面性能分析： 确定一个曲率增量间隔， 对曲率进行增量分析(范围为0～ Φu)， 在MATLAB中编程确损伤截面在各级曲率下的力矩， 从而得到 了损伤截面的M ‑Φ关系。 2.如权利要求1所述的一种针对受损钢筋混凝土截面的性 能分析方法， 其特征在于， 所 述的步骤(4)的具体操作如下： 其中， σd和 ε为应力应变， εr为再加载曲线与横坐标的交点， 按式(10)计算， εm为纤维加 载历史中最大的应 变， f0( ε )为未损伤混凝 土的本构关系； 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114169060 A 2其中σm为纤维加载历史中的最大应力； 图2展 示了实施例选定的某个混凝土纤维损伤前 后材料本构关系的对比； 损伤后钢筋纤维的面积按式(1 1)计算： 其中Asd是损伤后钢筋的面积， d是完好钢筋的直径， Ds是钢筋纤维的损伤。 3.如权利要求1或2所述的一种针对受损钢筋混凝土截面的性能分析方法， 其特征在 于， 所述的步骤(6)的具体操作如下： Step1： 确定一个初始曲率； Step2： 假定一个受压区高度， 确定中性轴位置； Step3： 根据平截面假定计算各个纤维的应变， 根据损伤后的纤维的本构关系确定 纤维 应力； Step4： 根据纤维应力和面积计算截面内力， 判断是否达到内外力平衡； 判断平衡的标 准是内外力相对误差是否小于 5％； 如果内外力平衡， 执 行Step5， 否则， 执 行Step2‑Step4； Step5： 根据各个纤维的应力对 截面中心取矩； 即可 得到截面的一组M ‑Φ数据对； Step6： 增大曲率， 循环执 行Step2‑Step6， 最终得到损伤截面的M ‑Φ关系。 4.如权利要求1或2所述的一种针对受损钢筋混凝土截面的性能分析方法， 其特征在 于， 所述的步骤(5)的具体操作如下： 假定如下： (1)截面极限状态定义 为离受压纵筋最近的核心区混凝 土纤维达 到极限压应 变； (2)采用平截面 假定； (3)忽略受拉区混凝 土的抗拉强度； 使用MATLAB编程计算损伤截面的Mu和Φu的流程如下： Step1： 假定一个受压区高度(图4中的x0)， 确定中性轴位置； Step2:根据极限状态确定核心区混凝土纤维极限应变， 进而结合受压区高度确定截面 曲率,φ； Step3： 根据平截面假定按式(12)计算各个 纤维的应变， 根据损伤后的纤维本构 关系计 算纤维的应力； εi＝xiφ    (12) 其中εi为第i个纤维的应变， xi为第i个纤维距离中性轴的距离， φ是Step2中确定的截 面曲率； Step4： 根据纤维的应力和纤维的面积计算截面内力， 判断是否达到内外力(图4中的 Nex)平衡； 判断平衡的标准是内外力相对误差是否小 于5％(容 许误差灵活确定， 本实施例选 用5％)， 如果外力平衡， 执 行Step5， 否则， 重新执 行Step1‑Step4； Step5： 根据各个纤维的应力对 截面中心取矩； 即可 得到截面的Mu和Φu。 5.如权利要求3所述的一种针对受损钢筋混凝土截面的性 能分析方法， 其特征在于， 所 述的步骤(5)的具体操作如下： 假定如下： (1)截面极限状态定义 为离受压纵筋最近的核心区混凝 土纤维达 到极限压应 变； (2)采用平截面 假定；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114169060 A 3