混凝土 - 强度
CSFM 中用于强度计算的混凝土模型基于 AASHTO LRFD 强度设计假定,即平衡条件和应变协调。根据 AASHTO LRFD (2024) 第 5.6.2.1 条,混凝土的抗拉强度被忽略。

IDEA StatiCa Detail 中实现的 CSFM 未考虑受压混凝土应变方面的明确破坏准则(即达到峰值应力后,考虑塑性段,其 εc0 最大值为 5%,而 AASHTO LRFD (2024) 第 5.6.2.1 条假定极限应变小于 0.3%)。这一简化不允许对受压破坏结构的变形能力进行验证。然而,除了开裂混凝土系数(kc2,定义见(Fig. 57))之外,通过 fib Model Code 2010 中定义的 折减系数考虑混凝土强度提高导致的脆性增加,从而能够合理预测强度,其定义如下:
其中:
α1 是 AASHTO LRFD (2024) 第 5.6.2.2 条中定义的混凝土抗压强度折减系数。当使用抛物线-矩形应力-应变图时,需要用此系数折减最大压应力。这样可对受压区的应力分布取平均,使所得的抗压强度小于或等于使用带下降塑性段应力-应变图计算得到的抗压强度。
Φc 是混凝土的抗力系数。默认值根据 AASHTO LRFD (2024) 第 5.5.4.2 条设置。
kc2 是由于存在横向裂缝而产生的折减系数。
f'c 是混凝土圆柱体强度(用于 定义时单位为 MPa)。
kc2 是基于与 AASHTO LRFD (2024) 5.8.2.5.3a 条及表 5.8.2.5.3a-1 中给出的混凝土效率系数 ν 相同假设的折减系数,不同之处在于,在 CSFM 中,对每个有限单元(而不仅仅是拉压杆模型的节点)都要检查是否存在垂直于主压应力方向的主拉应力。
混凝土 – 正常使用
正常使用分析对用于强度分析的本构模型进行了一定的简化。受压混凝土应力-应变曲线的塑性段被忽略,弹性段则为线性且无限延伸。压力软化规律不予考虑。这些简化提高了数值稳定性和计算速度,且只要正常使用状态下的结果材料应力限值明显低于其屈服点(与 AASHTO LRFD 正常使用极限状态方法一致),就不会降低解的通用性。因此,用于正常使用验算的简化模型仅在满足所有验证要求时才有效。

长期效应
当在顶部功能区中选择长期效应时,长期本构关系(Fig. 59 中的红色曲线)用于裂缝宽度计算、总挠度计算,以及预应力构件的应力限值验证。在 IDEA StatiCa Detail 软件中,长期效应验证采用有效弹性模量,如 AASHTO LRFD (2024) C5.12.5.3.6-1 所述。
其中:
Ec 是 AASHTO LRFD (2024) 第 5.4.2.4 条中定义的弹性模量
ψ 是 AASHTO LRFD (2024) 第 5.4.2.3.2 条中定义的徐变系数
徐变系数由用户在材料属性中定义。
短期效应
为进行短期验证,将执行另一次计算,其中所有荷载均在不考虑徐变系数的情况下计算。长期和短期验证的两种计算均如 Fig. 59 所示。
钢筋
非预应力钢筋采用具有明确屈服点的完全弹塑性应力-应变图,见 AASHTO LRFD (2024) 第 5.4.3 条。此图的定义仅需要已知钢筋的基本属性——强度和弹性模量。
用户也可以自定义钢筋的应力-应变图,但在这种情况下,无法考虑拉力刚化效应(也无法计算裂缝宽度)。

其中:
Φs 是钢筋的抗力系数。默认值根据 AASHTO LRFD (2024) 第 5.5.4.2 条设置。
fy 是钢筋的屈服强度
Es 钢筋的弹性模量
计算终止时的极限应变取为 10%。根据 ASTM A955/A955M-20c 第 7 条,此值被认为是安全的。
拉力刚化(Fig. 61) 通过修改裸钢筋的输入应力-应变关系而自动考虑,以反映嵌入混凝土中钢筋的平均刚度(εm)。

