对ABAQUS中混凝土弥散开裂模型的静力特性分析

为全面了解ABAQU S有限元软件中混凝土弥散开裂模型分析混凝土材料和构件的能力,用该模型对混凝土材料的单轴、双轴应力状态下力学性能以及构件的抗弯、抗剪性能进行模拟,并与试验结果进行对比分析。结果表明,混凝土弥散开裂模型能较精确地模拟单轴受拉和受压、双轴受压和双轴拉压应力状态下混凝土的力学性能,也能较好地预测钢筋混凝土构件的抗弯和抗剪性能及其相应的破坏形态,但不能很好地描述混凝土双轴受拉应力状态下材料的力学性能,也不能反映体积应变发展变化的规律。

单向受拉状态下的钢纤维混凝土本构模型

在混凝土中添加随机分布的钢纤维能有效提高混凝土力学性能。为了更好地考虑纤维对单向受拉状态下钢纤维混凝土(SFRC)的增强作用,提出一个钢纤维混凝土的弥散开裂本构模型。在弹性阶段,纤维混凝土被视为简单复合材料,基于两相复合材料理论,对SFRC的弹性刚度矩阵进行修正;在受拉开裂后,混凝土的塑性变形量被视为纤维与混凝土界面脱粘过程中滑移量,利用粘结滑移模型计算纤维在混凝土开裂面上的桥接作用。该文通过有限元软件ABAQUS中子程序二次开发接口Umat,进行Fortran编程,在ABAQUS中实现该本构模型。通过数值模拟结果与受拉实验数据进行对比,验证了该本构模型的准确性。通过数值模拟分析,进一步探究钢纤维混凝土相关参数对抗拉性能的影响,为钢纤维混凝土在实际的工程中的应用提供建议。

钢纤维混凝土的本构模型及力学性能分析

为充分研究钢纤维混凝土的力学性能,基于混凝土的弥散开裂模型,并考虑纤维与混凝土之间的黏结作用,建立了新的钢纤维混凝土本构模型.在模型中分两种情况考虑纤维作用,混凝土开裂前,纤维与混凝土完全黏结,服从复合材料理论;混凝土开裂后,将分别考虑混凝土和钢纤维的贡献.通过黏结滑移模型,计算钢纤维在混凝土中脱黏和拔出过程中,纤维对开裂后混凝土的增强作用.采用Fortran编程,利用有限元软件ABAQUS中提供的子程序Umat,将提出的本构模型引入ABAQUS,并用于有限元模型去模拟钢纤维混凝土的拉伸和四点弯曲试验.通过数值模拟结果和试验数据的对比,充分验证了所提出的钢纤维混凝土本构模型的准确性.并对钢纤维混凝土的受拉强度、残余强度、受弯强度以及韧性等力学性能进行详细的分析.

混凝土本构模型在基于分层壳建模的RC板壳极限荷载分析中的对比

为明确Abaqus中混凝土弥散开裂模型(SCCM)与塑性损伤模型(CDPM)在基于分层壳单元建模的Reinforced Concrete (RC)板壳结构静力极限承载能力分析中的适用性和合理的参数取值,在对两种本构模型基本特性阐述的基础上,以两块RC板和一RC双曲冷却塔为例,分别采用两种本构并配合不同参数进行计算.结果表明:Abaqus中的弥散开裂模型和塑性损伤模型均可用于基于分层壳单元建模的RC板壳结构静力极限承载特性分析;弥散开裂模型中不同拉伸硬化参数TS值对结构的开裂荷载无影响,但对钢筋屈服和破坏极限两种状态时的荷载和位移影响较大,两者一般随TS值的增加而增大,且此影响程度还与结构形式和配筋率有关;弥散开裂模型与塑性损伤模型所得结果的差异主要表现在开裂后;弥散开裂模型取TS=10时所得结构荷载位移曲线与塑性损伤模型一致性较好,但由于塑性损伤模型的极限应变更大,其所得结构延性更好,可更好地模拟RC结构的极限承载特性,而TS=10的弥散开裂模型对部分结构无法获取钢筋屈服后的完整破坏过程,需提高TS取值才可实现.

混凝土的裂缝模型研究

利用有限元方法分析混凝土非线性力学行为时,建立模拟混凝土裂缝的模型尤为重要。介绍了离散开裂模型和弥散开裂模型两种主要混凝土裂缝模型,并给出描述混凝土软化行为的方法,更进一步说明了三种基本裂缝开裂假说,分别比较其优劣性。

考虑材料非线性的RC双曲冷却塔风致破坏过程

为明确RC双曲冷却塔的极限静风荷载及其风致破坏过程,以一座大型冷却塔为例,采用ABAQUS中分层壳单元模拟塔筒的混凝土和双向钢筋网,在线性计算和非线性计算验证的基础上,采用弥撒开裂模型和双线性模型模拟混凝土和钢筋的非线性受力特征,分析了自重+风荷载(工况Ⅰ)和自重+冬温+风荷载(工况Ⅱ)两种工况下的静风破坏过程,并结合荷载位移曲线、内力、应变和应力的发展和分布探究了其破坏机理。结果表明:对于工况Ⅰ,风荷载系数为λ=1.384时,首先在迎风子午线相对高度hs/Hs=0.37位置因子午向受拉出现环向裂缝且为贯通裂缝,之后整个迎风区的环向裂缝不断增加并沿环向扩展,迎风区内表面和侧风区外表面也因环向弯矩而出现子午向裂缝,开裂位置的钢筋应力迅速增加,荷载-位移曲线也由线性进入非线性并且迎风区和侧风区位移迅速增加,迎风区和侧风区内力也表现出明显的重分布特征,最后因混凝土持续开裂和喉部区域双向钢筋屈服而破坏,极限风荷载系数为λ=2.007;对于工况Ⅱ,温度效应的计入使λ=1.0时即在侧风区上部首先出现子午向裂缝,子午向裂缝开展也较工况Ⅰ略严重,但因温度的弯矩效应有限,其荷载位移曲线和工况Ⅰ基本一致,且仍以迎风区环向开裂最为显著,结构破坏依然由风荷载控制,最终的极限荷载荷载系数为λ=1.842。

竖向荷载作用下PHC管桩水平承载力数值模拟

竖向荷载对桩基水平承载力的影响较为复杂,目前确定桩基水平承载力通常不考虑竖向荷载的影响。采用数值模拟的方法研究竖向荷载对PHC管桩水平承载力的影响,混凝土采用弥散开裂模型,桩周土采用Mohr-Coulomb模型,并考虑了纵筋预应力的作用。模拟结果显示竖向荷载显著增大了单桩的水平临界荷载Hcr和开裂弯矩Mcr,同时增大了桩身位移。认为竖向荷载较大时应考虑其对单桩水平承载力影响。结论对桩基水平承载力的设计有一定指导意义。