基于ABAQUS梁单元的钢筋混凝土材料子程序

《基于ABAQUS梁单元的钢筋混凝土材料子程序》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、基于ABAQUS梁单元的钢筋混凝土材料子程序*尚兵，庄茁（清华大学航天航空学院，北京100084；）摘要：基于性能的结构设计方法正在成为一种首先的抗震设计方法。它的应用需要大型的计算程序来预测结构在地震荷载作用下的非线性反映。地震作用下的分析结果依赖于单元的类型和材料的本构关系。ABAQUS的显式动态算法经常被用来模拟结构在地震作用下的动态反应。本文依据《混凝土结构设计规范》提供的钢筋与混凝土往复加载的本构关系，开发了基于ABAQUS显式算法的钢筋混凝土子程序，分析了ABAQUS中B31单元的尺寸效应。并用程序

2、模拟一定轴压比下混凝土柱的轴端力-位移滞回关系。模拟结果与理论吻合较好。关键词：钢筋混凝土;滞回关系;非线性;地震反应;ABAQUS中图分类号：文献标识码：1引言随着国家经济实力的增强，人民对居住的安全性需求进一步提高。我国是一个地震多发的国家，对日益复杂的钢筋混凝土结构进行大震下的弹塑性分析，保证大震不倒，保障生命安全意义重大。而钢筋混凝土柱作为框架结构的主要构件之一，在地震作用下受到往复水平力的作用，其[1,2]滞回性能对于弹塑性分析的准确性具有重要意义。[3]目前对于混凝土梁的模拟主要有三类：1、基于材料

3、的恢复力模型：σ-ε曲线即：纤维分析模型；2、基于截面的恢复力模型M-Φ曲线；3、基于构件的恢复力模型F-Δ曲线。基于材料的纤维模型可以充分利用别人的材料实验结果，而且可以精确的模拟轴力及双向弯矩的耦合作[4-8]用，因此得到了广泛的研究、应用。这些研究各有特点。本项工作结合通用有限元软件ABAQUS[9]的显式算法，结合2010年钢筋混凝土结构的新规范，编写了基于纤维模型的钢筋与混凝土的材料子程序，对于把规范与实际工程的弹塑性时程分析相结合有一定的意义。纤维模型采用纤维束来描述钢筋或混凝土材料，每一根梁由很多

4、纤维束组成，分别代表钢筋和混凝土。同时假定构件截面保持平面，不考虑钢筋和混凝土之间的滑移，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。由于混凝土的拉压不对称，中性轴的位置会随加载情况的变化而变化，因此截面刚度在计算过程进行计算。该模型可以很好的模拟构件的弯曲变形和轴向变形，但是没有考虑剪切非线性和扭曲非线性。2本构关系基于材料的纤维模型是将构件沿纵向划分为若干子段，再沿构件横截面划分成纤维束，由每*自然科学基金项目：90815026通讯作者：庄茁（1952

5、-），男，教授，博士生导师，主要从事固体力学研究。E-mail:zhuangz@tsinghua.edu.cn尚兵（1979-），男，博士生，主要从事材料的动态力学性能方面的研究。Email:shang@mail.ustc.edu.cn416个纤维束的拉伸、压缩变形，结合平截面假定，得到截面的抗弯刚度及轴向刚度。因此只需要单轴拉压本构即可。2.1混凝土单轴拉压循环加卸载本构。2.1.1混凝土单轴受拉的应力-应变曲线按下列公式确定se=-(1)dEtcì-éù-£51r1.20.21xxtëûïd=ítrï1-t

6、1.7îat(x-1)1+>xxx=eet*fr=ttEect式中：a，混凝土单轴受拉应力-应变曲线下降段参数值，按规范取用。t*f，混凝土的单轴抗拉强度，其值可根据实际结构的分析需要分别取标准值、设计值或t平均值。e，与单轴抗拉强度相应的混凝土峰值拉应变，按规范取用。td，混凝土单轴受拉损伤演化参数。t2.1.2混凝土单轴受压的应力-应变曲线可按下列公式确定式中：a，混凝土单轴受压应力-应变曲线下降段参数值，按规范取用c*f，混凝土单轴抗压强度，其植可按实际结构分析需要分别取设计值，标准值或平均值。ce，与单

7、轴抗压强度相应的混凝土峰值压应变。cd混凝土单轴受压损伤深化参数。cse=-(1)dEccìrcn11-£nxïï(nx-+1)d=ícrï1-c2ïîa(x-1)1+>xxcex=ec*fr=ccEeccEen=cc*()Efe-ccc图1重复荷载作用下混凝土应力应变曲线4172.1.3加卸载规律在重复荷载作用下，受压混凝土卸载及再加载曲线的控制点，即混凝土卸载至零应力点时的残余应变(0,)e和卸载点(se,)控制，残余应变e、附加应变e和更新割线模量Er按下列公zununza式确定：ì()e+esee=-u

8、ncaunïzun(se+E)unccaïïæöee0.09c0uníe=max,ç÷eecac0unèøe+eeïc00uncïï=E(ssun0-un)r(ee-)îc0un式中：e，受压混凝土卸载至零应力点时的残余就变;zs、e，分别为受压混凝土从骨架线开始卸载时的应力和应变;unune，附加应变;caE，更新割线模量;rs、e，分别为混凝土受压段卸载曲线终点的应力和应变，取为（