基于混合坐标系的单弹簧联结单元法

在传统双弹簧联结单元法的基础上,提出了一种求解钢筋与混凝土黏结滑移问题的新方法——基于混合坐标系的单弹簧联结单元法.在混凝土实体单元与钢筋梁(杆)单元的切向设置单弹簧联结单元,模拟钢筋与混凝土切向的相互作用,其切向刚度同样是由钢筋与混凝土之间黏结力与滑移量的关系确定.混凝土实体单元在整体坐标系内求解,而为了方便建立法向自由度之间的关系,钢筋梁单元在局部坐标系内求解,通过建立法向自由度约束方程保证钢筋与混凝土的法向变形协调,避开了人为选择法向刚度系数的困难,能够很方便地考虑钢筋对混凝土的销拴效应,并且也适用于钢筋单元在混凝土中任意布置的情况.数值算例表明,该方法是正确和有效的.

基于单弹簧联结单元法的白鹤滩拱坝孔口配筋非线性有限元分析

采用单弹簧联结单元法及混凝土四参数损伤模型,对施工期工况下白鹤滩拱坝的6~#底孔结构进行了钢筋混凝土三维非线性有限元计算,分析了配筋对孔口结构应力状态的影响,以及配筋后混凝土的损伤情况、钢筋应力分布及裂缝开展宽度等。结果表明,加入钢筋对该孔口大部分区域的混凝土应力影响不大,但会使大梁、下游闸墩等拉应力较大部位的应力状态有所改善;该孔口中仅在大梁与闸墩结合处发生轻微损伤,加入钢筋能在一定程度上限制损伤的增大和扩展;6~#底孔中钢筋应力不大,裂缝开展宽度满足规范要求。

钢筋混凝土粘结滑移问题的单弹簧联结单元法

在传统双弹簧联结单元法的基础上,提出了求解钢筋与混凝土粘结滑移问题的一种新的方法—单弹簧联结单元法。在混凝土实体单元与钢筋梁单元的切向设置单弹簧联结单元,模拟钢筋与混凝土切向的相互作用,通过建立二者间法向自由度约束方程的方式保证钢筋与混凝土之间法向变形协调,避开了人为选择法向刚度系数的困难,能够很方便的考虑钢筋对混凝土的销拴效应。

单弹簧联结单元法的改进算法

单弹簧联结单元法是在实体单元与梁单元的切向设置单弹簧联结单元,模拟钢筋与混凝土切向的相互作用.其切向刚度是由钢筋与混凝土之间的粘结力与滑移量的关系确定,法向变形协调则通过建立法向自由度约束方程保证.在单弹簧联结单元法的基础上,提出了基于钢筋混凝土滑移关系全量曲线的非线性迭代解法,对单弹簧联结单元法进行了改进.在钢筋和混凝土之间直接引入粘结滑移本构关系,由钢筋和混凝土之间的全量滑移量直接求解相互作用力,不仅可以考虑本构关系曲线的下降段,而且受加载方式的影响较小,使得单弹簧联结单元法的求解速度和精度大大提高.

基于单弹簧联结单元法的钢筋混凝土梁损伤模拟

钢筋混凝土梁的损伤模拟的重难点在于描述两种材料非线性的本构关系以及钢筋混凝土粘结滑移关系非线性,然而合理准确地模拟钢筋混凝土的组合结构的受力变化对于研究结构的稳定性具有重要的意义.论文采用单弹簧联结单元法模拟钢筋和混凝土相互作用,不仅使得钢筋混凝土法向不发生渗透,提高了计算的收敛性而且适用于钢筋任意布置的形式;结合适用于多轴应力状态下的混凝土四参数损伤模型,模拟了钢筋混凝土结构从开始加载到结构破坏的全过程,细致地描述了钢筋混凝土梁受力过程中截面内力和位移的变化情况,以及因混凝土材料破坏造成的构件承载力下降等现象.三点弯曲梁和四点弯曲梁损伤的数值算例体现了该方法的有效性,该方法具有重要的工程实践意义.

表孔闸墩颈部钢筋混凝土非线性有限元分析

针对闸门承担大推力会使闸墩颈部产生明显的应力集中问题,采用单弹簧联结单元模拟钢筋混凝土的粘结滑移作用,同时引入混凝土四参数损伤模型模拟混凝土的非线性特性,对运行期短暂工况下某重力坝#5表孔闸墩颈部进行钢筋混凝土三维非线性有限元计算,分析了钢筋的作用效果。结果表明,钢筋可在一定程度上减轻损伤程度并限制损伤范围,使局部混凝土的受力状态得到改善;闸墩颈部的钢筋总体应力水平不高,裂缝开展宽度较小。最后调整配筋方案,计算结果说明在满足构造要求的前提下,适当减小配筋量是可行的。

钢筋锈蚀对水闸结构性能的影响

在已有混凝土四参数损伤模型、锈蚀钢筋力学性能、锈蚀钢筋与混凝土之间的粘结滑移关系等分析的基础上,采用单弹簧联结单元法模拟钢筋与混凝土的相互作用。对发生锈蚀的四点弯曲梁经典试验进行了有限元模拟分析,两者结果吻合较好,验证了分析方法的正确性。将该方法应用于水闸闸室结构分析,结果表明钢筋锈蚀会减弱钢筋限制混凝土裂缝开展和承担应力的作用,加速了水闸的破坏。

基于动态黏结滑移性能的钢筋混凝土分离式模型研究

基于钢筋混凝土黏结滑移机理,搭建能够描述循环荷载作用下钢筋混凝土之间黏结性能变化过程的动态黏结-滑移本构关系,并结合单弹簧联结单元法建立钢筋混凝土分离式模型。模型避免了人为选择法向刚度困难的问题,并通过局部坐标系求解钢筋单元解决工程配筋布置问题,保证了复杂受力条件下的计算精度与计算效率。结合混凝土损伤模型进行经典算例分析,展示了模型对于结构中钢筋与混凝土局部变形与作用力关系的模拟,并对比分析了地震荷载作用下Koyna重力坝表层配筋对大坝整体动力响应及最终破坏模式的影响。研究表明,当坝体表层易损区域布置抗震钢筋之后,在钢筋与混凝土的协同作用下能够起到一定程度的限裂作用,提高坝体的抗震性能。算例的仿真结果均能够反映工程界的普遍认知,同时也验证了该模型的正确性。