Posts tagged ‘Steel’

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之前做钢筋混凝土构件试验的时候,想测量钢筋的抗拉强度对应的应变,给后续数值模拟时钢筋参数的取值提供参考。但当时实验室能够自动记录钢筋拉的拉力-位移关系的仪器坏了,试验又紧迫,只能采用古老的仪器做拉伸试验。为了测量上面的参数,当时参考了相关规范,找到了一个比较简便的方法,这个博文介绍一下测量方法。让我们马上进入主题吧 :-) :-)

  • 基本概念 ( Basic Concepts )

我们先来看看几个相关的、十分容易被忽视的钢筋力学属性,如 图 1 所示。

图 1  伸长率 (来源于规范《金属材料 拉伸试验 —— 第1部分:室温试验方法》(GB/T 228.1 —— 2010)

The above figure was modified from the Chinese Code : Metallic Materials — Tensile testing — Part 1: Method of test at room temperature(GB/T 228.1 —— 2010)

上图中:

横坐标 e 为延伸率(Percentage Extension  or Strain);

纵坐标为应力(Stress);

Rm为钢筋的抗拉强度(Tensile Strength of Steel);

Ag为最大力塑性延伸率(Percentage Plastic  Extension at Maximum Force),最大力时原始标距的塑性延伸与引伸计标距之比的百分率;

Agt 为最大力总延伸率(Percentage Total Extension at Maximum Force),最大力时原始标距的总延伸(弹性延伸率加塑性延伸)与引伸计标距之比的百分率;

A为断后伸长率(Percentage Elongation after Fracture),断后标距的残余伸长与原始标距之比的百分率;

At为断裂总延伸率(Percentage Total Extension at Fracture),断裂时刻原始标距的的总延伸(弹性延伸率加塑性延伸)与引伸计标距之比的百分率。

  • 测量方法 ( Measuring Method)

上述变量中,AgAgt即是我们想要测量的参数,具体的测量方法可以参考规范《金属材料 拉伸试验—— 第 1 部分:室温试验方法》(GB/T 228.1 —— 2010)和规范《钢筋混凝土用钢—— 第 2 部分:热轧带肋钢筋》(GB1499.2-2007),如 图 2 所示。

图 2  伸长率的测量(来源于规范《钢筋混凝土用钢 —— 第 2 部分热轧带肋钢筋》(GB1499.2-2007)

选择Y、V两个标记,两标记间距在拉伸试验之前大于100mm且位于夹具离断裂点的远端。标记点距离夹具大于20mm和公称直径d的较大值,标记点与断裂点距离大于50mm和2d的较大值。最大值力作用下钢筋的 总延伸率 Agt 和 塑性延伸率 Ag可按以下公式进行计算:

其中 ,L为断裂后标记间的距离;Lo为试验前标记间的距离;Rm为抗拉强度实测值;为弹性模量。

以上这两个公式其实十分有趣, :-) :lol: :-P 。细心的读者可以体会: 为何Agt后面是加上Rm / E,而不是Ag减去Rm / E ?????, 8-)   8-)   8-)   8-)   :-)  。

  • 例子( Example)

由以上公式可知,只要在进行钢筋拉伸试验之前,对钢筋进行标记,然后测量标记前后的长度变化,就可以计算出最大力下钢筋的总延伸率 Agt 和 塑性延伸率 Ag,这两个值可分别作为钢筋极限强度对应的应变和塑性应变的估计。此外,结合钢筋的屈服强度和屈服应变,还可以大致计算出 二折线钢筋本构的 屈服后强化系数,以下给出一个具体的例子。

表 1 实测强度

钢筋直径/mm 钢筋型号 屈服荷载/kN 峰值荷载/kN 屈服强度/Mpa 屈服强度平均值/Mpa 抗拉强度/Mpa 抗拉强度平均值/Mpa
20.00 HRB400 128.00 180.00 407.44 413.80 572.96 575.08
20.00 HRB400 132.00 182.00 420.17 579.32
20.00 HRB400 130.00 180.00 413.80 572.96

表 2 实测延伸率

弹性模量/Mpa 屈服应变 标记距离 断裂后距离 塑性延伸率 总延伸率 强化系数 强化系数平均值
174373 0.00 10.00 11.20 0.11 0.11 0.0091 0.0086
183627 0.00 10.00 11.30 0.12 0.12 0.0077
169689 0.00 10.00 11.20 0.11 0.11 0.0090

表1表 2 是我之前试验时候测量的一组钢筋试验数据,由上表可见,实测的钢筋断后总延伸率为 0.1左右,相应估算的钢筋的二折线骨架曲线的强化系数平均值为0.0086,据此,我们可以大致获得钢筋的应力-应变骨架曲线(图 3)。这些参数可以为后续数值模拟钢材的本构参数取值提供参考!!!。 8-)  8-)  8-)

图 3 钢筋应力-应变关系(Fig 3 Stress-Strain Relationship of Steel) 


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  • 注释 ( Comments )

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  • 参考文献 ( References)

[01] 《金属材料 拉伸试验—— 第 1 部分:室温试验方法》(GB/T 228.1 —— 2010)

[02] 《钢筋混凝土用钢—— 第 2 部分:热轧带肋钢筋》(GB1499.2-2007)

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[书]PERFORM-3D原理与实例 – 第3章 – 钢筋与混凝土材料的单轴本构关系

[Book] PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 3 – Uniaxial Constitutive Model of Steel and Concrete Material


  • 章节内容简介 [ Chapter Content Abstract ]

材料非线性问题是建筑结构非线性分析中经常涉及到的问题,计算中采用的材料本构模型是否合理,直接影响弹塑性分析结果的精度,进而影响建筑结构的抗震性能评估结果。本章首先对几种典型的钢筋与混凝土材料的单轴本构进行介绍,在此基础上对PERFORM-3D [1,2]中单轴本构的处理进行介绍,并结合PERFORM-3D的规则给出常用钢筋与混凝土材料的单轴本构定义方法。

Material nonlinearity problems are very common in nonlinear structural analysis. Whether the nonlinear material model used in numerical calculation is reasonable directly influence the reliability of elastoplastic analysis results, which will further affect the seismic performance evaluation of structures. In this chapter, several typical uniaxial constitutive models of steel and concrete was first introduced. On this basis, uniaxial steel and concrete constitutive models in PERFORM-3D were explained in detail. The contents cover detailed explanation of the ‘YULRX’ backbone and the Hysteresis loops in PERFORM-3D. After that, uniaxial constitutive model properties for several commonly used steel and concrete materials were defined based on the rules of PERFORM-3D.

  • 示例页面 [ Sample Pages ]


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PS. 如有错误,请批评指正。如果你喜欢,请在上面 点个赞 吧!!详细内容请阅读书本!! :-)  :-)  :-

Please correct me if I’m wrong. If you like this posts, please give me a “thumbs up” rating on the button above! For more information about this Chapter please refer to the book!!  :-)  :-) )

  • 相关链接[ Acknowledgements ]

[01] 书《PERFORM-3D原理与实例》 汇总页面 (PERFORM-3D Theory and Tutorials Book Page )

[02] [Book][PERFORM-3D Theory and Tutorials — Table of Contents] [目录英文版]

[03] [Book][PERFORM-3D Theory and Tutorials – Foreword ] [前言英文版]

[04] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 1 章 – PERFORM-3D软件介绍 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 1 :  Introduction of PERFORM-3D )

[05] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 2 章 – 入门实例:平面钢框架弹性分析 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 2 : Quick Start Example : Elastic Analysis of Plane Steel Frame)

[06] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 3 章 – 钢筋与混凝土材料的单轴本构关系 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 3 : Uniaxial Constitutive Model of Steel and Concrete Material )

[07] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 4 章 – 塑性铰模型 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 4: Plastic Hinge Model )

[08] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 5 章 – 纤维截面模型 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 5: Fiber Section Model )

[09] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 6 章 – 剪力墙模拟 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 6: Shear Wall Simulation )

[10] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 7 章 – 填充墙模拟 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter7: Infilled Wall Simulation )

  • 购书链接 [ Links to Buy the Book ]

[1] 中国建筑出版在线(http://book.cabplink.com)

http://book.cabplink.com/bookdetail.jsp?id=64317&nodeid=1439

[2] 京东(www.jd.com)

https://item.jd.com/12084377.html (自营)

https://item.jd.com/12860783272.html

https://item.jd.com/12860780755.html

[3] 当当网(http://www.dangdang.com/)

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[5] 天猫书城 (https://www.tmall.com/)

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  • 致谢 [Acknowledgements ]

十分感谢 师弟 符东龙  章节内容简介 进行了英文翻译!! :-)  :-)  :-)  :-) 

关于 RambergOsgoodSteel Material 材料的信息参考 RambergOsgoodSteel Material。这里也顺便测试一下。

  • 材料参数(Material Parameters

Fy:屈服强度(yield strength);

E0:初始弹性模量(initial elastic tangent);

a:屈服时残余应变,通常取0.002("yield offset" and commonly used value for a is 0.002);

n:控制从弹性段向塑性段过度的参数,同时,当增大n时材料的强化速率会降低,通常取大于等于5(parameter to control the transition from elastic to plastic branches. And controls the harding of the material by increasing the "n" harding ratio will be decreased. Commonly used values for n are 5 or greater)。

  • 测试(Test

ro-material

ro

  • 参考(References

[1] RambergOsgoodSteel Material

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Steel02材料是单轴各向同性强化的Giuffre-Menegotto-Pinto钢材本构。Steel02是OpenSees中十分强大的一个单轴钢筋材料。通过设置其参数可以调整出多种意想不到的效果。作为初学者,我也要学习一下。

  • 材料参数(Material Parameters

Fy:屈服强度(yield strength);

E0:初始弹性模量(initial elastic tangent);

b:应变强化率,即屈服后斜率与初始弹性模量的比值(strain-hardening ratio, ratio between post-yield tangent and initial elastic tangent);

R0、cR1、cR2:控制从弹性段向塑性段过度的参数(parameters to control the transition from elastic to plastic branches, Recommended values: R0=between 10 and 20, cR1=0.925, cR2=0.15);

a1:等向强化参数(isotropic hardening parameter, increase of compression yield envelope as proportion of yield strength after a plastic strain of a2*Fy/E0);

a2:等向强化参数(isotropic hardening parameter);

a3:等向强化参数(isotropic hardening parameter, increase of tension yield envelope as proportion of yield strength after a plastic strain of a4*Fy/E0);

a4:等向强化参数(isotropic hardening parameter);

sigInit:初始应力值(initial stress value)。

从材料的参数可以发现,与Steel01基本类似,也具有Steel01的一些基本特性,同时可以分别考虑拉压方向的各向同性强化。

  • 测试(Test

(1)默认随动强化的滞回性能(Hysteretic Behavior of Model without Isotropic Hardening

s02

s02-kine

(2)受压向考虑强化滞回性能(Hysteretic Behavior of Model with Isotropic Hardening in Compression

s02-con-material

s02-comp-hard

(3)受拉向考虑强化的滞回性能(Hysteretic Behavior of Model with Isotropic Hardening in Tension

s02-ten-hard-material

s02-ten-hard

(4)同时考虑拉-压各向同性强化的滞回性能(Hysteretic Behavior of Model with Isotropic Hardening both in Tension and Compression)

s02-iso-material

s02-iso

  • 参考(References

[1] Steel02 Material

  • 备注(Comments

感谢 林乐斌 师弟 帮忙整理文档。

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学习一下OpenSees的钢筋材料 — Steel01,测试一下材料的性能。

Steel01是OpenSees中最简单的单轴钢筋材料,骨架曲线为二折线,滞回法则默认为随动强化(即可以考虑 包辛格效应 ),同时可以分别考虑拉压方向的各向同性强化。(Steel01 is a uniaxial bilinear steel material object in OpenSees. It is with kinematic hardening and optional isotropic hardening described by a non-linear evolution equation.

  • 模型参数(Material Parameters

Fy:屈服强度(yield strength);
E0:初始弹性模量(initial elastic tangent);
b:应变强化率,即屈服后斜率与初始弹性模量的比值(strain-hardening ratio, ratio between post-yield tangent and initial elastic tangent);
a1:等向强化参数(isotropic hardening parameter, increase of compression yield envelope as proportion of yield strength after a plastic strain of a2*Fy/E0);
a2:等向强化参数(isotropic hardening parameter);
a3:等向强化参数(isotropic hardening parameter, increase of tension yield envelope as proportion of yield strength after a plastic strain of a4*Fy/E0);
a4:等向强化参数(isotropic hardening parameter)。

  • 例子(Example

(1)默认随动强化的滞回性能(Hysteretic Behavior of Model without Isotropic Hardening

Steel01-1

Steel01-2

(2)受压向考虑强化滞回性能(Hysteretic Behavior of Model with Isotropic Hardening in Compression

Steel01-3

Steel01-4

(3)受拉向考虑强化的滞回性能(Hysteretic Behavior of Model with Isotropic Hardening in Tension

Steel01-5
Steel01-6

(4)同时考虑拉-压各向同性强化的滞回性能(Hysteretic Behavior of Model with Isotropic Hardening both in Tension and Compression)

Steel01-7

Steel01-8

  • 动画(Animation

视屏网址:http://v.youku.com/v_show/id_XMTUzOTczOTExMg==.html?from=y1.7-1.2#paction

一点点学习! :-)  :-)  8-)  8-)

  • 参考(References

[1] Steel01 Material

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