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《基于通用有限元程序和微平面模型分析复杂应力混凝土结构》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、2008年1月沈阳建筑大学学报(自然科学版)Jan.2008第24卷第1期 JournalofShenyangJianzhuUniversity(NaturalScience)Vol124,No11文章编号:1671-2021(2008)01-0049-05基于通用有限元程序和微平面模型分析复杂应力混凝土结构1,21,21,21,2缪志伟,陆新征,李 易,叶列平(1.清华大学土木工程系,北京100084;2.清华大学结构工程与振动教育部重点实验室,北京100084)摘 要:目的为了能准确模拟混凝土的各种复杂力学行为,从而对复杂应力混凝土结构进行准确分析.方法基于微观层
2、次的混凝土本构模型———微平面模型原理,将其与具有优越非线性分析能力的通用有限元程序MSC.MARC相结合,开发了相关程序,并对混凝土在单轴、双轴、三轴、往复受力等各种应力状态下的行为和一片实际剪力墙的滞回加载进行了模拟分析计算.结果通过与相关试验结果的比较,验证了程序的可靠性,并指出了现有通用有限元程序在模拟复杂应力混凝土受力行为上的问题.结论本程序可较好地应用于分析复杂混凝土结构.关键词:混凝土有限元;微平面模型;宏观本构模型;非线性分析中图分类号:TU375文献标识码:A 在钢筋混凝土结构的非线性分析中,混凝土等复杂应力混凝土结构的计算分析,并通过比较的本构模
3、型对于分析结果有重大影响.对于混凝说明现有通用有限元程序中混凝土本构模型存在土这样的脆-弹-塑性材料,目前有两大类材料的问题,显示了该模型的优越性.本构模型来模拟:宏观模型和微观模型.对于宏观1 微平面模型基本原理模型,最常用的就是经典的宏观弹塑性本构模[1]型.虽然经过多年的研究,这类模型取得了较作为一种复合的多相材料,混凝土的内部结大的进展,但是在描述混凝土的复杂受力状态时,构非常复杂.宏观本构模型将混凝土看作是均匀往往不能给出准确地结果.而微观模型则以的各向同性材料,以简化分析.但是从微观层次来Bazant和Oh所提的微平面模型(microplanemod2看,
4、混凝土是一种不均匀的多相材料,材料内部存[2]el)为代表.经过20多年的研究,Bazant和他的在着不少空隙与微裂缝,特别是混凝土中的骨料研究组已经逐步完善了这一模型,使之从最初仅与水泥胶体之间的交界面是一个薄弱环节,对混适用于受拉开裂情况的第一代,发展到了现在能凝土的力学性质有着重要影响.微平面模型正是够较好地描述三轴受力等复杂应力应变状态的第从混凝土材料的这种微观结构出发,将材料内部[3]四代模型(M4).微平面模型为开发新一代复杂存在于骨料和水泥胶体之间的各方向交界面定义应力条件下混凝土结构的受力分析程序奠定了基为微平面(见图1(a)),并将此作为直接研究对象
5、础,但微平面模型也存在着数值计算量大和收敛而建立起非线性应力应变关系.有关微平面模型过程复杂的问题.笔者将微平面模型嵌入通用有的基本假定,模型具体关系式以及该模型的研发限元程序,使两者相结合,利用通用有限元程序中改进历程的详细叙述可以参阅文献[2-6],笔者的高效求解器和非线性数值解法,有效扩大了微仅对模型的主要框架做一个大致介绍.微平面模平面模型的应用范围,使之可以用于诸如剪力墙型的主要流程可以用图2表示.取出材料的一个 收稿日期:2007-07-15基金项目:国家“十一五”科技支撑计划(2006BAK01A02);清华大学基础研究基金(JC2007003)作者简
6、介:缪志伟(1981—),男,博士研究生,主要从事结构抗震研究.50沈阳建筑大学学报(自然科学版)第24卷微元体,将其视为由一系列具有不同方向的微平发,将混凝土材料内部存在于骨料和水泥胶体之面按照一定排布方式组成(见图1(b)),其中,每间的各方向薄弱交界面作为直接研究对象,通过个微平面的方向可以由一个单位法向矢量n表定义在这些微平面上的非线性应力应变,描述材示.首先,通过投影关系(见图1(c))建立了微元料受力过程中发生在这些薄弱面上的滑移、拉伸体的宏观应变张量εij和其各个微平面上的微观开裂、侧向约束等现象,进而获得宏观的应力张量应变分量εN,εM,εL之间的关系
7、;然后在各微平和应变张量.故微平面模型相对于宏观弹塑性模面上的微观应变分量εN,εM,εL和微观应力分量型而言概念上更为清晰明确;(2)非线性应力应变σN,σM,σL之间建立非线性的应力应变关系;这关系直接定义在各微平面上的微观应力和微观应样在求得各微平面的微观应力分量之后,可通过变分量之间,相对于宏观本构模型中在宏观应力虚功原理建立这些微观应力分量和宏观应力张量和应变张量之间建立关系,表达上要简单清晰很之间的关系,从而得到宏观应力张量σij.其中值多;(3)在加载过程中,各微平面上的应力应变相得注意的是,在建立各微平面上的微观应变和应对独立地发展,
