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1、第2卷第1期Vol.2No.12010年3月Mar.2010基于ABAQUS的混凝土梁受弯破坏实验非线性分析王丽邓思华(北京建筑工程学院,北京100044)【摘要】本文采用ABAQUS有限元分析软件对钢筋混凝土梁进行非线性分析,针对小梁试验中的一根简支梁进行有限元分析,采用混凝土损伤塑性模型,对比了试验分析与使用ABAQUS分析的计算结果,探讨了结果产生差异的原因,为进一步进行ABAQUS钢筋混凝土结构有限元分析提供了参考。【关键词】非线性仿真;钢筋混凝土梁;正截面破坏+【中图分类号】TU375.1;TU312.3【文献标
2、志码】A【文章编号】1674-7461(2010)01-0064-04ABAQUS/Explicit中的Crackingmodelforconcrete1前言(混凝土裂缝模型),其中混凝土损伤塑性模型具有一定的优越性,它可用于单项加载、循环加载以及随着有限元理论和计算机技术的不断发展,有动态加载等场合,且具有较好的收敛性,因此一般限元分析软件的发展也日趋成熟,ABAQUS作为其采用混凝土损伤塑性模型进行混凝土塑性定义。中一种大型通用有限元分析软件在科研工作和实边界条件在分析过程中发生变化就会产生边际工程中的应用也越来越普遍
3、,因为它不仅具备其界非线性问题,包括构件之间的接触也属于边界条它有限元分析软件的数值计算快、结果精度高以及件的定义范畴。其中钢筋与混凝土的摩擦接触在分析成本低等优点,还具有更人性化的操作界面和ABAQUS中是通过Embedded技术将钢筋单元埋入可视化结果,尤其是运用于钢筋混凝土结构非线性[4]分析中能得到更精确的、更贴合实际的结果[1]。混凝土单元中来实现的。几何非线性发生在位移的大小影响到结构响2ABAQUS钢筋混凝土非线性分析应的情况下,只需要在STEP选项中加入NLGEOM参数即可,但一般静力非线性分析不需要选NL
4、2[2]钢筋混凝土结构非线性来源主要分为三类:GEOM参数,以免造成冗繁的计算量。材料非线性、几何非线性、边界条件非线性。材料非线性是指钢筋和混凝土两种材料在结构受力分3钢筋混凝土简支梁分析实例析过程中,不仅要考虑其弹性性能即线性阶段,也要考虑其塑性性能即非线性阶段。在ABAQUS中3.1模型建立是通过分别定义钢筋和混凝土的本构模型来实现该简支梁长1500mm,截面尺寸为180mm×其材料非线性的特性,弹性阶段须分别输入两种材100mm,混凝土强度等级为C25,纵筋和箍筋均采用料的弹性模量和泊松比;塑性阶段的定义则不同,H
5、PB235钢筋,具体情况见图1。建立ABAQUS模型钢筋只需输入其塑性阶段应力应变关系,而混凝土混凝土采用C3D8R单元,钢筋采用T3D2单元,将[3]塑性有三种模型可以选择,包括有Concrete钢筋埋入(Embedded)混凝土单元中来模拟钢筋混SmearedCracking(弥散裂纹混凝土模型)、Concrete凝土之间的粘结关系。为防止加载过程中梁上加DamagedPlasticity(混凝土损伤塑性模型)以及载面及支座处出现应力集中,因此建模时在梁加载【作者简介】王丽,女,研究生,主要研究方向:结构工程。1381
6、0998394iamwangli83@yahoo.com.cn基于ABAQUS的混凝土梁受弯破坏实验非线性分析656处和支座处设置钢垫片,以增加接触面积和刚度,εεft1.2-0.2,ε≤εt模型图如图2所示。εtεtεσ=εtft1.7,ε≥εtεεat-1+εtεt其中,混凝土单轴抗拉强度ft=1.27MPa,混凝图1简支梁配筋图-6土峰值拉应变εt=73.64×10。3.3分析结果钢筋混凝土简支梁模型垫片上施加均布荷载3.2MPa(计算得P=16KN),分析得Mises应力如图2所示。Mises应力最大值41.16M
7、Pa出现在支图2简支梁模型图座垫板上,施加荷载垫板周围也存在较大应力,应力值在3MPa～14MPa之间,并从加载垫板处向支3.2钢筋混凝土相关参数计算座方向由大到小变化,从而两支座之间形成应力供钢筋本构模型采用双直线模型,上升段的斜率体,值由小到大交替变化,形成传力途径,这与传统为钢筋的弹性模量即Es=210GPa,屈服应力fy=理论中有腹筋梁拱形桁架受力模型相类似。由于梁的肩部受力小,因此Mises应力值较小,在受拉筋210MPa,对应屈服应变为0.001,水平段钢筋应力不变,钢筋破坏时应变为0.006。混凝土弹性模量E
8、s作用下梁的底部Mises应力值也较小。在加载垫片上施加均布荷载3.2MPa(计算得=28GPa,混凝土单向受压本构模型采用美国E.Hognestad[5]建议的模型计算公式:P=16KN)得简支梁跨中节点的位移为2.210mm2(见图4),其时间变化图如图5所示。可以看出,随εεfc2-,ε≤ε0ε0
