混凝土 - 强度
CSFM(协调应力场法)中用于强度计算的混凝土模型基于抛物线-塑性应力-应变曲线。与经典钢筋混凝土设计一样,忽略抗拉强度。

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 76\qquad The stress-strain diagram of concrete for Strength analysis}}}\]
CSFM(协调应力场法)在 IDEA StatiCa Detail 中的实现,对受压混凝土未考虑以应变表示的显式破坏准则(即,在达到峰值应力后,考虑最大值为 5% 的 εc0 塑性分支,而 AS 3600 第 8.3.1 条假定极限应变小于 0.3%)。这一简化不允许验证受压破坏结构的变形能力。然而,当在考虑开裂混凝土系数(kc2,定义见图 77)的基础上,同时通过 fib 模型规范 2010 中定义的 \(\eta_{fc}\) 折减系数考虑混凝土随强度提高而增加的脆性时,可以正确预测强度,具体如下:
\[f'_{c,lim}=\alpha_{2}\cdot\phi_{s}\cdot \beta \cdot \eta_{fc}\cdot f'_{c}\]
\[{\eta _{fc}} = {\left( {\frac{{30}}{{{f'_{c}}}}} \right)^{\frac{1}{3}}} \le 1\]
其中:
α2 为 AS 3600 第 8.3.1 条定义的混凝土抗压强度折减系数
采用抛物线-矩形应力-应变图时,需将最大压应力乘以该系数进行折减。这样对压缩区应力分布取平均,使得所得抗压强度不超过采用具有下降塑性分支的应力-应变图计算所得的抗压强度。第 8.1.3 章对矩形应力块定义了类似方法。
Φs 为混凝土的应力折减系数。默认值按 AS 3600 表 2.2.3 设定。
β 为横向开裂引起的折减系数(本文中亦称为 kc2)
f'c 为混凝土圆柱体强度(在定义 \( \eta_{fc} \) 时单位为 MPa)。
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 77\qquad The compression softening law.}}}\]
β 是基于与第 2.2.3 章定义的有效抗压强度系数相同原则的折减系数。确定该系数所依据的文献(包括 AS3600 标准的相关背景)可在 AS3600:2018 Sup 1:2022 第 C2.2.3 条中查阅。
混凝土 – 正常使用极限状态
正常使用极限状态分析对强度分析所用的本构模型进行了一定简化。忽略混凝土受压应力-应变曲线的塑性分支,弹性分支为线性且无限延伸。不考虑压力软化规律。这些简化提高了数值稳定性和计算速度,只要正常使用极限状态下的材料应力结果明显低于屈服点(如 AS3600 所要求),则不会降低解的普遍性。因此,正常使用极限状态所用的简化模型仅在满足所有验证要求时有效。

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 78\qquad Concrete stress-strain diagrams implemented for serviceability analysis: short- and long-term verifications.}}}\]
长期效应
在正常使用极限状态分析中,混凝土的长期效应采用按 AS 3600 第 3.1.8 条确定的设计徐变系数(φcc,默认取值为 2.5)来考虑,该系数对混凝土割线弹性模量(Ec)进行如下修正:
\[E_{c,eff} = \frac{E_{c}}{1+\varphi_{cc}}\]
荷载增量按以下顺序依次计算:预应力 - 永久荷载 - 可变荷载,每个增量采用如图 78 所示的相应有效弹性模量。徐变系数由用户在材料属性中定义,并应按 AS 3600 第 3.1.8.3 条计算。

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 79\qquad Definition of the design creep factor}}}\]
短期效应
为进行短期验证,另行进行一次计算,其中所有荷载均不考虑持续荷载的时间相关系数。长期和短期验证的两次计算均如图 78 所示。
钢筋
对于非预应力钢筋,采用具有明确屈服点的理想弹塑性应力-应变图,见 AS 3600 第 3.2 节。该图的定义仅需了解钢筋的基本属性——强度和弹性模量。
钢筋的应力-应变图也可由用户自定义,但在此情况下,无法考虑拉力刚化效应(无法计算裂缝宽度)。

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 80 \qquad Stress-strain diagram of reinforcement}}}\]
其中:
Φs 为钢筋的强度折减系数。默认值按 AS 3600 表 2.2.3 设定。
fy 为钢筋屈服强度
Es 为钢筋弹性模量
拉力刚化(图 81) 通过修正裸钢筋的输入应力-应变关系自动加以考虑,以反映埋入混凝土中钢筋的平均刚度(εm)。

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 81\qquad Scheme of tension stiffening.}}}\]