非线性有限元在腹部开矩形孔混凝土梁受力分析中的应用

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1、维普资讯http://www.cqvip.comN0．3第3期广东土木与建筑2006年3月GUANGD0NGARCHITECTURECIVILENGINEERINGMAR2006非线性有限元在腹部开矩形孑L混凝土梁受力分析中的应用吴泉霖(广东省建筑设计研究院广州50010)摘要：根据有限元法原理编制了非线性有限元分析程序，研究腹部开矩形孔的开孔粱从加荷至破坏的非线性变化全过程，得到了开孔粱极限承栽力及荷栽一挠度曲线等有意义的结果，并将计算结果与有关试验结果进行比较。关键词：钢筋混凝土；矩形孔粱；极限承栽力

2、；挠度；有限元法；应力d．双向受拉区(1<5

3、形单元的边界处．在梁底消除了泊桑比的影响．表达式如下：纵筋设置联接单元与混凝土联接．该单元由2个相=——————一(5)互垂直的尺寸为l+(一2)()+()零的假想弹簧组成(如图l中式中：为主应力方向(i=1，2)；为相应于最大压、)。其中平应力时的轴向应变值；为等效单轴应变，=行于接触面的弹∑△／E；Eo、分别为混凝土初始弹性模量及最簧模拟钢筋与混大压应力时的割线模量，E,=cr，按下式计算：凝土之间的滑移当ll>l时，6~=6p(3cr一2)(6)(向)，垂直于当ll

4、~)2+2．25(crJf~)2+接触面的弹簧用0．35()](7)图1计算模型示意来考虑纵筋的暗对式(5)两边求导。可得等效单向受力应力应变销作用(1，向)。曲线任意点处的刚度为：1．2材料的本构关系Ei=瓦=一而可(8)(1)混凝土的破坏准则及本构关系混凝土在双向受力下的破坏条件采用文献[1]式中，q=。的模式。其表达式分别如下：式(8)得出的切线模量用在双向受压和一向受压a．双向受压区(0≤5≤1)一向受拉单元的受压方向。而一向受压一向受压单元的受拉方向和双向受拉单元的切线模量采用混凝=50"(1)

5、土单向受拉时的原点切线模量。b．压拉区(-0．17≤5≤0)1．3钢筋和联接单元的本构关系钢筋应力应变关系采用理想弹塑性体．不计硬O"it~5(2)化阶段。联接单元的粘结应力和滑移量的关系采用C．拉压区(一00<5

6、l02—11．48xl04s+2．51l~106s)AO垂直弹簧刚度k采用文献[3]的建议，即：本文采用BWO—NFEA对华南理工大学开孔梁k=6／bEoz研究课题组提供的3条试验梁B1一B3t]试验数据进式中：b、b分别为梁的总宽和净宽；为混凝土弹行了对比分析，试件孔洞高度d分别为d=80，160，性模量；Z为粘结单元间距。240mm。梁的实际配筋如图2所示。1．4单元状态分析(1)双向受压单元：若主压应力0-：或主压应变未达到破坏条件，只需按照应力增长调整单元刚度，若达到破坏条件则认为单元彻底破坏，单

7、元应力全部转换为结点力，单元刚度调整为零。600I3加L600【瑚(2)双向受拉单元：单元两方向的值仍按取用，若0-达到破坏条件，0-。调整为零，单元刚度图2试件配筋图矩阵各元素按邑=0调整，若0-、0-：均达到破坏条件，有限元分析时的单元划分如图3所示，由计算按双向受压单元破坏时一样处理。机自动形成。为避免集中力作用下的单元受力过于(3)一向受压一向受拉单元：受拉方向仿照前面集中导致试件因局部受压而过早破坏，将试验中实处理，受拉方向破坏后，单元变为单向受压，再按单际作用的集中力P近似地分解为3个集中力分

8、别向受压的应力应变关系求出单元应力0-。，计算超为寺P(如图3)作用于加载点及左右相邻两结点。额应力0-2-0-2—0-，将其转换为结点力，单元应力成为0-1=0，0-2_-0-，若受压方向达到破坏条件，则认为单元彻底破坏。(4)对于钢筋线性单元：若0-。<0-，E值不变；若≥0-，将超额应力0-转换为结点力，单元应力成图3开孔粱的单兀划分图。为0-8=0-，单元刚度中的值调整为零。3．1开孔梁的破坏过程(5)对于联接单元：当