| 纤维模型假定构件的截面在变形过程中始终保持为平面,这样只要知道构件截面的弯曲应变和轴向应变就可以得到截面每一根纤维的应变,从而可以计算得到截面的刚度。因纤维进入非线性后会产生不平衡力,因此纤维截面的刚度是在构件变形过程中迭代计算得到的。纤维模型能很好的模拟构件的弯曲变形和轴向变形。
基于纤维模型的结构非线性分析方法在国外已经应用很多了，但国内对该方法的研究还不多。
图1纤维模型截面划分示意图
ChiaraCasarotti等人采用纤维模型方法计算了多跨连续桥梁的地震响应,给出了最长以及中等长桥墩顶点的响应曲线。低周反复试验以及振动台试验结果和纤维模型计算结果吻合理想。但是论文中并没有考虑剪切效应,这将会影响短桥墩的计算结果。
在国内，研究主要从两个方面进行:一个方面,纤维模型在钢管混凝土结构和钢筋混凝土结构抗震计算上的应用;另一方面,纤维模型本身计算精度的改进。基于有限单元刚度法的纤维模型梁柱单元已在一些简单的钢筋混凝土平面框架结构的静力分析中获得应用,并取得了令人满意的计算结果。
在结构抗震计算的应用方面,国内研究者在吸收前人研究成果的基础上,对于特定问题,采用纤维模型编制了相应程序,并对相应问题进行了研究。颜全胜等推导了钢管混凝土压弯构件和拱肋的弹塑性刚度矩阵,提出了计算钢管混凝土压弯构件和拱肋弹塑性稳定承载力的计算模型,计算了圆管截面的钢管混凝土轴向受压、偏心受压长柱以及圆管截面钢管混凝土拱肋的面内的弹塑性极限承载力,理论分析结果与文献报道的试验进行了对比。熊世树等提出了采用纤维单元有限元模型来分析隔震支座在竖向和横向荷载作用下的滞回模型。陈滔等针对有限单元柔度法纤维模型梁柱单元理论,通过对一个退台6层钢筋混凝土空间框架振动台试验结果与数值模拟分析结果的对比,表明纤维模型梁柱单元对中等以下损伤的结构地震反应具有很好的模拟能力,对于结构处于严重损伤的阶段,模拟所得的结构位移和损伤程度将会小于结构的实际位移和损伤程度。张爱晖对南水北调中线工程中的典型渡槽结构以及底部框架多层砌体房屋在罕遇地震作用下的抗震性能进行了研究,数值分析中采用了截面纤维模型。张素梅等进行了4个双向压弯方钢管高强混凝土构件在低周反复荷载作用下的试验研究;利用纤维模型法计算了构件的荷载-位移滞回曲线并与实验结构对比,研究了轴压比、套箍系数、加载角度和荷载类型对构件滞回性能的影响。建立了方钢管混凝土压弯构件的弯矩-曲率和荷载-位移恢复力模型。黄宗明等分别采用纤维模型梁柱单元和壳单元模型对大跨度预应力结构在竖向和水平作用下的受力性能进行了大量的对比分析,并同大型结构试验结果进行了对比,确定了等代框架模型的参数。杨溥等基于有限单元柔度法的纤维模型梁柱单元对不同轴压比的钢筋混凝土异形柱在不同加载方向下的受力性能进行模拟分析,并分别从承载力、刚度及延性三个方面进行比较,从而为异形柱的受力性能分析及抗震设计提供了参考依据。朱杰江等采用两种非线性宏观单元——梁柱单元和墙单元,单元截面分析采用纤维模型,对上海环球金融中心大厦振动台模型结构进行了分析,与试验数据进行了对比,对该大厦原型结构进行了弹塑性时程分析和抗震性能评价。吕西林等推导建立了便于框架结构非线性分析应用的纤维杆元模型，利用该计算模型对一栋12层框架结构进行了时程非线性分析,计算结果与振动台试验结果进行了比较,比较结果表明两者在结构动力特性,位移响应方面等均吻合较好,验证了该模型的有效性。马麟在桥梁结构弹塑性地震反应分析及延性抗震设计方法的研究中用纤维梁柱单元做三维地震反应分析，说明从材料层面上来考虑弹塑性，计算结果较精确，但计算量很大。梁智垚在非规则高墩桥梁抗震设计理论研究中采用弹塑性梁柱单元和弹塑性纤维梁柱单元分别建立墩柱的两种计算模型，深入讨论了墩柱在地震作用下，塑性铰形成、塑性区扩展以及塑性转角、墩顶位移等结构地震需求，针对弹塑性梁柱单元模型中不同单元划分数量对墩柱地震需求的影响进行了比较分析。在此基础上，探讨了两种计算模型在墩柱地震需求计算时的适用性。
4、结语
本文对桥梁震害的原因进行了分析，介绍了纤维模型的特性，总结了国内外利用纤维单元模拟结构进行抗震分析的研究现状，纤维模型在桥梁抗震中的有着广阔的应用前景，在基于性能的桥梁抗震分析中，可以应用纤维模型合理的模拟在地震作用下进入塑性变形阶段时的桥墩，并得出合理的桥梁抗震性能指标来标定结构的破坏是值得进一步研究的一个问题。
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