钢筋混凝土三点弯曲梁裂缝扩展过程模拟

《钢筋混凝土三点弯曲梁裂缝扩展过程模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、学兔兔www.xuetutu.com第3期水利水运工程学报No．32015年6月HYDRO-SOlaCEANDENGINEERINGJun，2015DOI：10．16198／j．cnki．1009-640X．2015．03．002胡少伟，米正祥．钢筋混凝土三点弯曲梁裂缝扩展过程模拟[J]．水利水运工程学报，2015(3)：9—17．(HUShao．wei，MIZheng—xiang．Anextendedfiniteelementmethodformodelingcrackpropagationofreinforcedconcretethree—pointbendingbeams[J]．H

2、ydro．ScienceandEngineering，2015(3)：9—17．)钢筋混凝土三点弯曲梁裂缝扩展过程模拟胡少伟，米正祥(南京水利科学研究院，江苏南京210029)摘要：改进后的扩展有限元法位移函数能够更好地反映真实的裂缝尖端渐近位移场，而且无需后处理便可求得应力强度因子，从而为分析裂缝扩展过程提供了便利。为研究钢筋混凝土三点弯曲梁裂缝扩展过程的规律，采用改进后的扩展有限元方法模拟了不同配筋率和不同钢筋位置的三点弯曲梁。文中阐述了改进后扩展有限元法的基本原理，利用虚功原理推导了其支配方程，并介绍了钢筋混凝土三点弯曲梁的应力强度因子计算方法。研究表明：对于超筋结构，起裂断裂韧度

3、与试件配筋率无关；钢筋处于临界位置时起裂韧度与失稳韧度均达到最小值0．567和1．6669MPa·m，且钢筋贯穿裂缝时的断裂韧度小于钢筋未贯穿裂缝时的值，对含有宏观裂缝的结构进行锚杆加固时应将锚杆置于裂缝前端。关键词：钢筋混凝土；三点弯曲梁；改进后扩展有限元；配筋率；断裂韧度中图分类号：TU375．1文献标志码：A文章编号：1009—640X(2015)03—0009—09钢筋混凝土结构受力破坏过程也就是裂缝的扩展过程，深入研究其裂缝扩展机理以及影响其断裂参数的不同因素，对钢筋混凝土结构裂缝稳定性检测、裂缝安全评价以及对已建工程进行合理的加固具有重要的工程价值和实践意义¨J。扩展有限元法

4、是目前求解裂缝扩展等不连续问题最有效的数值计算方法，它最早由美国西北大学T．Belytschko教授为代表的研究组提出L2J，2000年，被该课题组正式命名为扩展有限元法(XFEM：ExtendedFiniteElementMethod)。扩展有限元法以单位分解法为基础，在常规的有限元位移模式中增加反映局部特性的附加函数，以反映结构的不连续性；如在模拟裂纹扩展时，被裂纹分开的单元节点用广义的Heaviside函数加强，以反映裂纹面的不连续性，对包含有裂缝尖端的单元节点用裂缝尖端渐近位移场函数进行加强，以反映裂缝尖端区域的局部特性J。由于该方法在分析裂缝扩展等不连续问题时具有独特的优势，提

5、出后在短短的几年里便得到了快速发展与广泛应用，也为断裂力学数值模拟开辟了一条新途径J。B．L．Karihaloo等陈述了XFEM在静态裂纹问题中的应用，并与广义有限元法进行了比较。N．Sukumar等陈述了如何在传统有限元程序上实现XFEM功能，并利用改进后的程序模拟了复合材料的裂缝扩展问题。为了分析形状复杂的多裂纹断裂问题，M．Stolarska等把水平集法与XFEM结合起来研究动态裂纹的扩展问题，这样通过水平集法可以方便的追踪裂纹与裂缝尖端位置，确定裂纹的扩展速率与扩展方向，通过XFEM计算应力和应变。N．Sukumar等利用裂缝尖端位移逼近函数改进了裂缝尖端节点，通过区域积分法计算

6、了复合型裂缝的应力强度因子，并提出用新的约束三角化算法形成初始有限元网格的方法。x．Y．Liu等¨o。“为了改善计算精度，对含有裂缝尖端单元的结点位移场函数进行了调整，他不但使用裂缝尖端位移场的主要项，还使用了高阶项；同时，他还证明了改进后的位移近似函数与实际的裂缝尖端渐近位收稿日期：2014-11—11基金项目：国家杰出青年科学基金资助项目(51325904)；南京水利科学研究院院基金资助项目(Y413003)作者简介：胡少伟(1969一)，男，河南开封人，教授级高级工程师，博士，主要从事工程结构与材料的科研工作。E—mail：hushaowei@nhri．an学兔兔www.xuetu

7、tu.com10水利水运工程学报2015年6月移场是等价的。余天堂【1利用虚功原理导出了扩展有限元法求解的支配方程，给出了求解不连续函数的积分方法，探讨了缝尖应力强度因子的计算方法。方修君等¨到利用虚设节点法，在通用有限元程序内嵌入了扩展有限元法的功能，改进了三角形子域积分算法，推导了子域积分与Heaviside函数间的关系。董玉文等推导了重力坝水力劈裂问题的有限元列阵，给出了水压力作用下XFEM的实现方法，并通过模拟向家坝重力坝坝