三维塑性铰位移空间任意点性能状态确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及塑性较性能判定，具体指一种Ξ维塑性较位移空间任意点性能状态确 定方法，本方法也能够用于现有的一维塑性较分析，属于塑性较性能评价技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前通常使用平面模型来分析结构的弹塑性，塑性较通常也为一维的弯曲较，对 其性能评价也用一维的延性概念，如图1所示。图1为简单的一维的力一变形曲线，Fy和Dy 是处于初始屈服状态的力和变形，在处于化状态时的延性为D i/Dy。
[0003] 然而，随着计算机和计算方法的发展，结构弹塑性分析也进入Ξ维时代，塑性较也 随之为Ξ维较。Ξ维较模型再也不可能像一维较那样可W画出一维关系曲线（弯曲较为弯 矩-转角曲线），只能用力空间、位移空间、力和位移空间的关系来描述。力空间为轴力-弯 矩1-弯矩2,需要给出初始屈服面和后继屈服面，位移空间为轴向位移-转角1-转角2,每 个点的位移为弹性位移和塑性位移之和，力和位移空间的关系为塑性流动法则。
[0004] 从W上的Ξ维较模型可W看出，用传统的延性评价方法来评价现有的Ξ维塑性较 是无法操作的，因为传统的评价方法面临的是一个初始屈服点（根据分析工作者定义），而 Ξ维塑性较会有无数个初始屈服情况，每个初始屈服情况在位移空间有一个点与之对应， 运样无数个初始屈服位移点会形成一个初始位移屈服面。而结构的弹塑性反应会在位移空 间的任意一个点，每个点的延性系数显然要根据初始位移屈服面来评价。为此需要探究新 的延性评价方法，但必须能够将传统的延性评价方法包含之内，也就是说，传统的延性评价 方法为新的延性评价方法的一个特例。同时，位移空间上的任意点其性能状态如何，是处于 其可承受的受力状态并具有可再加载外力的能力，还是处于破坏临界点或者已经破坏，或 者超过其正常承受力正趋于破坏状态，在目前尚难W确定，运将直接影响结构的设计、对结 构的有效使用及受力分析。
【发明内容】
阳0化]针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种Ξ维塑性较位移空间 任意点性能状态确定方法，通过本方法，可W很容易确定塑性较所处位移空间上任意点的 性能状态，用于实际结构在某种荷载作用下性能的判断，指导结构设计，特别适用于结构抗 震方面的设计和分析。
[0006] 本发明的技术方案是运样实现的：
[0007] Ξ维塑性较位移空间任意点性能状态确定方法，步骤如下，
[0008] 1)确定Ξ维塑性较的初始位移屈服面；
[0009] 2)确定Ξ维塑性较位移性能面，该位移性能面代表了Ξ维塑性较达到某种性能状 态所对应的位移面，该某种性能状态由用户根据实际情况确定；
[0010] 3)在初始位移屈服面内选择一点0，Ξ维塑性较位移空间上任意一点Μ与点0相 连形成一条直线，该直线与初始位移屈服面相交于一点R，与位移性能面相交于一点Q，定 义MR/QR为修正需能比；当点Μ在初始位移屈服面内时，MR为负，反之为正；根据修正需能 比大小即可按下述判断规则确定该位移空间任意点Μ的性能状态，
[0011] 当修正需能比为1，点Μ在位移性能面上；
[0012] 当修正需能比大于1，点Μ在位移性能面外；
[0013] 当修正需能比小于1大于0,点Μ在位移性能面内与初始位移屈服面之间；
[0014] 当修正需能比等于0 ;点Μ在初始位移屈服面上；
[0015] 当修正需能比小于0,点Μ在初始位移屈服面内。
[0016] 所述Ξ维塑性较为描述结构构件的塑性状态，其中混凝±构件位移性能面可按如 下方法确定，W整个截面中混凝±受压应变超过W%。的面积达到整个截面面积的X%作为 达到该状态的指标，该指标称为应变面积指标。 阳017] 所述Ξ维塑性较位移性能面包含能力面，能力面按如下方法确定，塑性较破坏时 所对应的性能状态面。
[0018] 所述Ξ维塑性较适用于钢筋混凝±结构、钢结构及钢混结构，其初始位移屈服面 的确定根据不同的构件类型使用不同的方法，其中钢筋混凝±构件的屈服面确定较为复 杂，简单的可W根据钢筋混凝±构件中的钢筋屈服情况确定，复杂的可W根据钢筋屈服情 况和混凝±的应变面积指标综合确定，显然后一种更为精确。
[0019] 为方便计算，所述0点为初始位移屈服面和位移性能面共同的坐标原点。
[0020] 采用本方法，可W很容易确定塑性较所处位移空间上任意点的性能状态，用于实 际结构在某种荷载作用下性能的判断，指导结构设计，特别适用于结构抗震方面的设计和 分析。本Ξ维塑性较评价方法不仅仅是原一维塑性较评价方法的扩展，更是理论上的创新 和完善。从本质上扩展了塑性较评价理论，是一种更加具有实用性与统一性的评价方法。
【附图说明】
[0021] 图1-现有的一维塑性较延性计算示意图。
[0022] 图2-本发明Ξ维塑性较延性计算模型图。
[0023] 图3-本发明Ξ维塑性较需能比计算模型图。
[0024] 图4-本发明Ξ维塑性较修正需能比计算模型图。
[00巧]图5-柱子截面四种受力情况示意图。
[0026] 图6-空间任意一点与原点连线和屈服面的交点示意图。
[0027] 图7-屈服球面其中四分之一部分示意图。
【具体实施方式】
[0028] W下结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0029] 传统的评价方法面临的是一个初始屈服点（根据分析工作者定义），而Ξ维塑性 较会有无数个初始屈服情况，每个初始屈服情况在位移空间有一个点与之对应，运样无数 个初始屈服位移点会形成一个初始屈服位移面。而结构的弹塑性反应会在位移空间的任意 一个点，每个点的延性系数显然要根据初始位移屈服面来评价。为此，本发明对广义延性系 数做出W下定义：
[0030] 在初始位移屈服面内选择一点0,位移空间上其它任意点Μ与之相连形成一条直 线，直线与初始位移屈服面相交于一点R，广义延性系数为MO/RO。
[0031] 通常，选择0点需要满足W下条件：1、方便实用。2、传统的延性评价方法为新的延 性评价方法的一个特例。因此，本发明选择0为原点，但也可W根据需要选择其它点。
[0032] 选择原点为0点时，延性系数的计算模型如图2。
[0033] 对一维塑性较进行延性评价时，塑性较会有唯一的延性系数，然而对于Ξ维塑性 较延性评价时会发现，对于不同的点，延性系数会不同，此时，比较延性系数的大小将会毫 无意义，运给Ξ维塑性较的性能评价带来很大的不便。因此，在Ξ维塑性较的评价中需要一 个性能需求与性能能力的比值。虽然，在不同的力作用方式下，在位移空间有一位移能力点 与之对应，虽然位移空间中不同点延性能力会不同，但无数个位移能力点形成的位移性能 面是确定的。参照广义延性系数的定义，给出如下的需求与能力的比值定义，简称需能比：
[0034] 在位移性能面内选择一点0,位移空间上其它任意点Μ与之相连形成一条直线，直 线与位移性能面相交于一点Q，需能比为M0/Q0。
[0035] 通常情况下选择原点为0点，此时需能比的计算模型如图3。
[0036] 由需能比定义可W看出，在位移性能面上的点，需能比为1 ;在位移性能面外的 点，需能比大于1 ;在位移性能面内的点，需能比小于1。然而，根据上述定义，在屈服面上的 点，需能比很可能是不同的，但理论上在屈服面上所有点的性能应该是对应一致的，因此上 述定义与实际不符，需要对需能比进行修正，给出W下修正需能比的定义W解决此问题：
[0037] 在初始位移屈服面内选择一点0，Ξ维塑性较位移空间上任意一点Μ与点0相连形 成一条直线，该直线与初始位移屈服面相交于一点R，与位移性能面相交于一点Q，定义MR/ QR为修正需能比；当点Μ在初始位移屈服面内时，MR为负，反之为正。根据修正需能比大小 即可按下述判断规则确定该位移空间任意点Μ的性能状态，
[003引当修正需能比为1，点Μ在位移性能面上，此时结构刚好达到设定的能力极限； [0039] 当修正需能比大于1，点Μ在位移性能面外，此时结构超过能力极限，结构或者处 于破坏状态，或者处于不可接受状态； W40] 当修正需能比小于1大于0,点Μ在位移性能面内与初始位移屈服面之间，此时结 构处于塑性变形状态，但还没达到设定的能力极限，可W接受；
[0041] 当修正需能比等于0 ;点Μ在初始位移屈服面上；此时结构刚开始处于屈服状态。
[0042] 当修正需能比小于0,点Μ在初始位移屈服面内，此时结构处于弹性状态。
[0043] 通常情况下选择原点为0点，此时修正需能比的计算模型如图4。
[0044] 在上述定义中，设及两个概念，即初始位移屈服面和位移性能面。初始位移屈服 面指结构刚开始屈服时所对应的状态，屈服面内是弹性状态，屈服面上是开始屈服，屈服面 外是塑性状态。如果结构为钢筋混凝±，则是钢筋混凝±截面中钢筋刚开始屈服时所对应 的状态。位移性能面有不同的定义方法，可W根据力的指标，按照某种方式加载超过峰值力 后降到峰值力的某种百分比时所对应的状态为能力面状态。本发明给出一个可供参考的方 法，将整个截面中混凝±受压应变超过W%。的面积为整个截面面积的X%作为一个指标，称 为应变面积指标，而W和X值需要大量的分析和和试验并根据实际需要来确定。对此可W 进一步扩展，W和X不仅仅用来确定能力面（通常为破坏面），不同的W和X可W确定用于 不同性能评价的性能面，运样用于求需能比时，能力为广义的能力，而不单单指塑性较破坏 时的状态。屈服面的确定也可W结合钢筋屈服的情况和应变面积指标共同确定，运是相对 更加合理的确定方法，运种方法包含钢筋混凝±截面中仅仅采用钢筋刚开始屈服时所对应 的方法。在此时可W发现，先前定义的广义延性系数、需能比、修正需能比仅仅按