钢筋混凝土弥散裂缝模型的数值模拟.pdf

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1、·18·2014年第1期2014年2月SichuanBuildingMaterials第40卷总第177期DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2014.01.010钢筋混凝土弥散裂缝模型的数值模拟汪祝祥,刘泉(江苏省扬州市四正工程建设监理有限公司,江苏扬州225000)摘要:混凝土裂缝扩展的数学物理模型及其计算机裂力学。它假定裂缝是单独地发生在各单元的边界之间,的数值模拟对混凝土的裂缝产生有着至关重要的预知作用,离散裂缝模型主要具有以下几种特点:笔者初步论述了裂缝模型的几种常用类型,并且对弥散裂1)能够较好地描述裂缝的起裂和扩展,对于有少量主缝模型

2、的机理进行了论述,通过有限元软件ANSYS对钢筋导裂缝的结构,可以形象地模拟结构破坏的整个过程;混凝土弥散裂缝模型进行了数值模拟,得到了混凝土裂缝2)在离散裂缝模型中,混凝土粗骨料之间的咬合和摩开裂情况的有用结果。擦作用采用裂缝两边法向和切线的粘结应力来描述;但是这关键词:ANSYS;数值模拟;钢筋混凝土;弥散裂缝种方法的麻烦在于计算过程中要不断计算模型的几何布局,中图分类号:TU375文献标志码:B对计算机的配置要求较高。随着计算机速度的加快和网格文章编号:1672-4011(2014)01-0018-03快速自动划分的实现,离散裂缝模型有被推广使用的趋势。断裂力学模型是建立在断

3、裂力学这门学科的基础上的,0前言其主要应用于研究已经出现裂缝的混凝土其裂缝的扩展和混凝土材料具有较高的抗压强度,在工程结构中大量失稳的规律。在计算中需要有混凝土开裂的应力释放计算使用,但是混凝土是脆性材料,抗拉强度低,因而容易产方法。目前断裂力学模型仅限于素混凝土中耽搁裂缝的处生受拉裂缝。现行设计规范都采用在承载能力极限状态下理,对于成批出现的裂缝如何处理还在探索之中。对钢筋混凝土构件进行设计,忽略受拉区混凝土的作用效弥散裂缝模型也可以称为分布裂缝模型,是Rashid在应,所以受拉区即使产生裂缝并不影响梁在设计荷载下的1968年提出的。其实质是将实际的裂缝“弥散”到整个单元受力性能

4、和正常使用。只要在承载能力极限范围内是允许中。弥散裂缝模型认为在第一条裂缝出现后,混凝土变成混凝土有一定程度的开裂。工程中的钢筋混凝土构件一般了一种“正交异性体”,利用混凝土的本构模型来模拟混凝土都是带裂缝工作的,但是受拉裂缝的存在,使水、腐蚀气的裂缝。当混凝土的某一单元应力超过了开裂应力,则只体等有害因素更加容易进入混凝土内部,从而大大影响混需将混凝土的本构矩阵加以调整,无需改变单元形式和重凝土结构的耐久性。混凝土结构耐久性研究必不可少的重新划分网格,有利于程序的实现。此模型假设当单元的最要内容包括裂缝起裂、发展的机理、理论和数值模拟方法大主应力超过混凝土抗拉强度时,单元在最大主

5、应力垂直的研究。因此,开发混凝土裂缝起裂和裂缝扩展的数学物的方向形成无数平行的微裂纹。开裂的混凝土仍然具有一理模型及其数值模拟工具,对结构的安全性、可靠性和耐定的连续性,弥散裂缝模型假设是连续的,即用连续介质久性的评价以及工程的经济性等均具有重大意义。力学来描述本质上是非连续的断裂问题,因此,不能描述宏观的,已经完全脱开的大裂缝。1裂缝模型的分类2弥散裂缝模型的本构关系裂缝的常用处理模型通常有离散裂缝模型、弥散(分布)裂缝模型和断裂力学模型。除此之外,还有其他一些形使用ANSYS软件对弥散型混凝土结构模型的开裂过程式的模型。进行模拟时,可根据该程序自身设定的一套计算裂缝单元离散裂缝

6、模型是D.Ngo和A.C.Scordelis于1967年的应力应变关系矩阵来分析结构的变形和裂缝变化。开裂提出的。此类模型理论基础为线弹性断裂力学和非线性断前混凝土的本构矩阵为:æ(1-v)vv000ö(1-v)v000E0(1-v)000D=e(1+v)(1-2v)对称0．5(1-2v)000．5(1-2v)è0．5(1-2v)ø作者简介:汪祝祥(1986-),男,江苏兴化人,本科,助理工程师,注册建造师,主要从事建筑工程现场施工、监理工作。2014年第1期·19·第40卷总第177期SichuanBuildingMaterials2014年2月开裂后,混凝土为各向异

7、性材料,则在裂缝坐标系下,应力应变的增量关系为:ΔσΔεæ11öæ11öΔσΔε2222ΔσΔε33′33=DcrΔσΔε1212ΔσΔε2323èΔσøèΔεø31312æ(1-v)v(1+v)v(1+v)000ö2ΔΔ1EC2V(EC(-v)(+v)000ΔEΔEtt1EC2(-v)000′E0ΔEt式中:Dcr=(1+v)(1-2v)ηEC对称002(1+v)EC2(1+v)ηECè2(1+v)ø1222Δ=[(1-v)-v(1+v)]EEtc在进行混凝土开裂计