Q225钢材损伤变量研究

损伤变量是描述材料、构件或结构劣化程度的变量。首先对不同的损伤变量模型进行了评述，并选择适用于Q225钢材的损伤变量模型，基于Q225钢材单调拉伸和低周疲劳反复加载试验的结果，对所选择的损伤变量模型进行了修正，提出了合理的权重系数β，为Q225钢材在低周反复加载下力学性能的后续研

我国是地震多发国家，建筑结构在地震作用下的响应和抗震能力关系到人民生命财产的安全，地震作用是建筑结构分析设计中需要考虑的重要因素。地震作用对于建筑结构通常是循环往复作用，钢结构中的钢材在循环荷载下将出现如包辛格效应、循环硬化、循环软化、材料累积损伤等，这导致钢材在循环荷载下的性能不同于钢材在静荷载下的性能。

在地震的反复作用下，建筑钢材会产生损伤，钢材的累积损伤将对钢材的力学性能产生影响，当损伤积累到一定程度，材料和结构发生破坏。因此有必要对建筑钢材在反复荷载作用下的损伤进行研究。

在对Q225 钢材进行的单调拉伸试验和反复加载试验的基础上，本文将对其他学者的多种损伤变量模型进行评述，并提出适用于Q225 钢材的损伤变量。为研究低屈服点钢尤其是Q225 钢材的循环加载性能以及考虑损伤累积影响的钢材本构关系提供基础。

2. 损伤变量评述 损伤变量是描述材料、构件或结构劣化程度的变量，一般定义为反应历程中某与损伤程度相关的累积量与相应的指标极限允许量的比[1]。

基于退化的损伤变量，其损伤可用截面某种性质的减少来表达： eff1ADA= − (1) 式中，D 为损伤变量，A 为全截面面积，Aeff 为有效截面面积。

基于变形的损伤变量，其变形变量包括构件的变形、应变和塑性率等，对于单质点体系的振动，采用如下方法： max110.25npimceeeiffDDDµµµµ=∆−=+=+∑ (2) 式中， eD 是振动结束时由N 次循环塑性变形产生的损伤；meD 是由最大变形产生的损伤；ceD 是由循环塑性变形产生的损伤；µ是塑性率，为塑性变形与屈服变形之比；piµ∆是第i 次循环的塑性率增量；pmiµ是piµ∆的平均值；Fµ 是单向变形破坏时的塑性率；maxµ是循环过程中的最大塑性率。

此外，基于变形和能量的损伤变量模型认为钢材在反复作用下的损伤变量D 与所经历的塑性应变以及在循环荷载下的耗能有关。

Park 和Ang[2] [3]基于一大批美国和日本的钢筋混凝土梁柱试验结果， 提出钢筋混凝土构件的双参数地震损伤模型，从变形和滞回能耗散方面综合考虑，用规格化最大变形和规格化滞回耗能线性组合的形式来表示损伤变量D： dmuymDEQδβδδ=+∫ (3) 式中， mδ 为实际荷载作用下最大变形；uδ 为单调荷载作用下极限变形；yQ 为屈服强度；dE 为吸收滞回能量增量；β 为非负参数。