钢骨超高强混凝土结构数值模拟

《钢骨超高强混凝土结构数值模拟》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、低温建筑技术2010年第1O期(总第148期)钢骨超高强混凝土结构数值模拟郭宇，贾金青(1．天津铁道职业技术学院建筑工程系，天津300240；2．大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室．大连1160~4)【摘要】钢骨超高强混凝土结构应用越来越广泛，国内外已经对钢骨超高强混凝土结构性能的研究大量开展，有限元数值模拟作为试验研究的重要辅助手段，有必要开展钢骨超高强混凝土结构的数值模拟，本文介绍了如何采用ANSYS软件对钢骨超高强混凝土结构进行模拟，讨论了模拟过程中需要注意的问题。【关键词】钢骨超高强混凝土；ANSYS；数值模拟【

2、中图分类号】TU528．31【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2010)10-0026一o3钢骨超高强混凝土以其强度高、耐久性好、抗震性2．1混凝土模型能好等优点越来越受青睐，在许多高层、大跨结构中得ANSYS提供了一种特殊的单元Solid65，专门用于到广泛应用。有限元数值模拟作为试验的重要辅助手模拟混凝土和岩石材料。Solid65单元有8个节点，每段，对钢骨超高强混凝土数值模拟也需要深入的研究。个节点都具有沿、y、z三个方向的自由度。该单元1钢骨超高强混凝土有限元模型具有塑性变形、蠕变的特性，能够在三个正交方

3、向上模钢骨混凝土结构有限元分析跟其它固体材料的拟混凝土开裂以及压碎。此单元很形象地描述了混凝有限元分析在原理与方法上是相同的。但又有其特殊土的带裂缝工作性能，与实际情况较接近。Solid65单性。钢骨混凝土结构由型钢、钢筋与混凝土三种不同元在普通8节点三维等参元的基础上增加了针对混凝材料组成，型钢混凝土结构的材料本构关系具有特殊土材料的三维强度准则(WilliamWarnke五参数准则)性和复杂性。一般钢筋混凝土结构的有限元模型主要和由弥散钢筋单元组成的整体式钢筋模型，它可以在有三种方式：分离式、组合式、整体式模型。目前在型三

4、维空间分别设定钢筋的位置、角度、配筋率等参数。钢混凝土结构中应用较多的是整体式和分离式模型。单元的几何形状和节点其单元形状如图1。1．1整体式模型当钢筋在结构中分布比较均匀，且认为钢筋与混凝土之间无相对滑移时，可以采用整体式模型。该模型认为钢筋弥散于整个单元中，把钢筋混凝土单元视为一个综合的整体单元，适用于各种平面单元。整体式模型单元划分灵活，由于整体考虑钢筋和混凝土的贡献，模型计算效率高，收敛速度快，但是不能合理刻画出钢筋和混凝土之间的粘结作用。图1Solid65一混凝土单元1．2分离式模型分离式模型是把钢筋和混凝土分别作为

5、不同的Solid65单元的基本属性主要有以下5方面：单元来处理，采用这种方法可以将钢筋作为线形单元(I)每个单元有2X2×2个高斯积分点，所有来处理，可以大大减少单元数目，同时避免在钢筋与混材料性能分析都是基于高斯积分点来进行的。凝土交界处使用很多过渡单元。如果考虑钢筋、型钢(2)用弹性或弹塑性模型描述材料受压行为。与混凝土之间的粘结滑移，在钢筋、型钢与混凝土之间(3)破坏面是由应力空间决定，当应力达到破可以插入联结单元，用来模拟钢筋与混凝土之间的粘坏面时，就判定出现压碎或开裂。结和滑移的。如果认为钢筋、型钢与混凝土之间粘结(

6、4)可以使用整体式钢筋模型，将钢筋弥散在很好，没有相对滑移，可以不用联结单元，在型钢和混混凝土单元中。凝土交界处，采用钢筋、型钢单元和混凝土单元采用共(5)使用弥散固定裂缝模型，每个高斯积分点节点方式，协同工作。上最多有三条相互垂直的裂缝。2单元模型2．2钢筋和型钢单元。【基金项目]国家自然科学基金(50878037)郭字等：钢骨超高强混凝土结构数值模拟钢筋单元可以采用ANSYS中的LINK8单元或者针对超高强混凝土，作者经过实际的建模和比较，Pipe20来模拟，型钢及加劲肋可以采用ANSYS中提供建议可以采用了清华大学过镇海

7、(2003)提出的高强的8节点实体单元Solid45模拟，每个节点有UX，uY，混凝土的应力一应变曲线。因为曲线中考虑了混UZ三个平动自由度，Solid45可以考虑用于大变形，大凝土的下降段，模拟的结果与试验的结果更为接近。应变和塑性分析。表达式如下：3本构关系及破坏准则上升段：≤1，Y=+(3—2a)x+(口一2)X，3．1本构关系a=2．4—0．0(1)混凝土本构关系：混凝土本构关系是钢骨下降段：≥1，Y=，混凝土有限元分析的重要基础。对于混凝土在单轴受al戈一lJ十压下的本构关系，很多学者根据试验曲线提出了很多a=0．1

8、32f0。．7一0．905不同的表达式。有不考虑箍筋约束作用和考虑箍筋约(2)型钢及钢筋本构关系：对于型钢混凝土结束作用的，还有针对于不同强度等级混凝土的。国外构中的型钢和钢筋可以看作是理想的弹塑性材料，其主要有Saenz，Hongnested，sarn等人提出的一些经典本构