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考虑粘结滑移的混凝土结构数值分析

【发表时间:2016/1/22】 【阅读次数:1513】

一、混凝土结构有限元模型

    混凝土结构的有限元分析模型主要分为三类,分别是整体式模型、组合式模型和分离式模型,模型的选取应考虑求解问题的要求、结构自身特点以及计算机性能综合确定。整体式模型假定钢筋均匀分布在整个混凝土单元中,把单元材料视为连续均匀的,这种模型无法解释钢筋与混凝土之间相互作用的微观机理。组合式模型分别计算混凝土和钢筋对单元刚度矩阵的贡献,假定钢筋和混凝土之间粘结良好,不产生相对滑移。分离式模型把混凝土和钢筋作为两种单元来处理,可以考虑粘结滑移效应,缺点是计算量大。

二、弹簧单元在混凝土结构有限元分析中的应用

    考虑混凝土结构中钢筋与混凝土的粘结滑移效应,一般采用弹簧单元或节理单元。采用弹簧单元时,一般将钢筋与混凝土划分成共节点,x, y, z三个方向分别设置弹簧,沿钢筋方向根据粘结滑移本构关系定义非线性弹簧,垂直于钢筋的两个方向设置大刚度的线性弹簧即可。


                                  图 1 弹簧单元图示


三、考虑粘结滑移的混凝土柱数值分析

     粘结滑移本构采用欧洲模式规范(CEB-FIP model code 1990)中非约束混凝土一般粘结的情况,本构曲线如图 2。


                                         图 2 粘结滑移本构曲线

    建立如图3所示的有限元模型,混凝土采用C3D8R单元,钢筋采用T3D2单元,钢筋与混凝土尽量划分成共节点,节点之间插入Spring2单元。边界条件为底部完全固定,柱顶施加竖向轴力,同时用一个参考点与柱顶面耦合,施加反复水平位移荷载。

从计算结果来看,在有限元模型中加入非线性弹簧并没有明显体现出滑移效应,只是与不考虑粘结滑移的情况略有差别,原因可能是粘结滑移本构选取不够合理,也可能是根据粘结滑移计算的弹簧非线性刚度有问题,需要继续改进。

                               图 3 混凝土有限元模型


         图 4  有限元模型中弹簧单元                        图 5 分析结果对比





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