3.4.1.1　钢材本构的选取

本章模型的钢材均选用等向弹塑性模型，用于模拟金属材料的弹塑性性能，钢材的材性参数选自材性试验数据，材料本构选用弹性-线性强化模型，相应的应力-应变曲线关系见图3.33。

3.4.1.2　混凝土本构的选取

图3.34　混凝土本构

由图3.34可知，混凝土在单轴受拉达到失效应力σt0之前为弹性，随后进入软化阶段，同时发生刚度退化，可以得出受拉等效塑性应变的关系式如式（3-4）所示。

dt——受拉损伤因子；

σt——受拉应力，E0为弹性模量。

单轴压缩时，混凝土在达到屈服应力σc0前为弹性，之后进入强化阶段，最后进入软化阶段，可以得出受压等效塑性应变的关系式，如式（3-5）所示。

dc——受压损伤因子；

σc——受压应力。

在单轴循环荷载作用下，弹性刚度将得到部分恢复，可以引入损伤因子d来表示CDP模型中损伤后的弹性模量，如式（3-6）所示。

CDP模型假定刚度退化各向同性，在单轴循环荷载作用下，应力状态函数计算如式（3-7）、式（3-8）和式（3-9）所示。

式中：ωt为受拉刚度恢复因子，ωc为受压刚度恢复因子。

ABAQUS中引用刚度恢复因子ωt和ωc来控制混凝土在循环荷载作用下的刚度恢复。混凝土在循环荷载作用下的本构关系如图3.35所示。

图3.35　混凝土本构CDP模型在往复荷载作用下刚度恢复示意图

由图3.35［108］可知，受拉时，OA段为弹性阶段，弹性模量用E0表示，A点混凝土开裂，加载至B点开始卸载，同时引入受拉损伤因子dt，弹性模量为（1-dt）E0；反向加载时，若ωc=1时，表示受压刚度完全恢复，与受拉相同，在达到屈服应力前，用弹性模量E0表示。继续加载沿CDN段，随后开始卸载，同时引入受拉损伤因子dc，弹性模量为（1-dc）E0；当反向加载时，若ωt=0时，表示受拉刚度不恢复，沿路径MG。

确定CDP模型中各个参数，需要提供混凝土的应力应变关系。本章采用GB50010-2010《混凝土结构设计规范》［106］附录C中的单轴本构关系，可按式（3-10）和式（3-11）计算。

受拉时：

受压时：

基于规范提供的应力应变本构关系，结合混凝土材性试验结果，可以得到非弹性应变和损伤因子数据，可按式（3-12）、式（3-13）和式（3-14）计算。

3.4.1.3　ABAQUS有限元模型介绍(www.daowen.com)

有限元模型中钢板采用S4R壳单元（Shell Element），钢梁、加劲肋及钢梁两端的端板、H型钢柱、混凝土均采用C3D8R实体单元（Solid Element），钢筋单元采用桁架单元（Truss）。此外，在顶梁上部和侧面采用离散刚体（Discrete Rigid），用来模拟试验中的分配梁和作动器的加载头。

加劲肋与H型钢柱和H型钢梁采用绑定（Tie）连接，波形钢板与H型钢柱和H型钢梁采用绑定（Tie）连接。此外，在H型钢柱上布置垫块支撑，以模拟试验中水平支撑，形成波形钢板剪力墙计算模型。波形钢板与混凝土之间采用面-面接触，法向为硬接触，切向取摩擦系数为0.3，其余钢构件和钢筋网采用嵌入（Embedded）混凝土中，形成波形钢板-混凝土组合剪力墙模型。文章中波形钢板和H型钢的网格划分尺寸为50 mm，混凝土为100 mm，H型钢单元采用扫掠网格划分（Swept Meshing），其余构件单元采用结构化网格划分（Structure Meshing）。有限元模型如图3.36所示。

图3.36　有限元模型

有限元模型的边界条件应与试验保持一致，将有限元模型中地梁的平动和转动全部加约束，模拟试验中的压梁和抗滑移连接件。在墙体中间部位限制墙体发生沿墙体表面垂直方向的位移，其余方向的约束均释放。千斤顶的轴压力施加在顶梁上部刚体参考点上，位移施加在顶梁侧面的刚体参考点上，以模拟试验中的千斤顶和作动器。有限元模型共建立2个分析步，Step1控制梁顶部集中荷载，Step2控制水平位移，水平方向的位移控制值与试验相同。