考慮粘結(jié)滑移的鋼筋混凝土非線性有限元分析方法研究.pdf

1、在鋼筋混凝土非線性有限元分析研究中，對(duì)鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)滑移的模擬，一直是本領(lǐng)域研究的難點(diǎn)問(wèn)題之一。盡管近年來(lái)，隨著試驗(yàn)技術(shù)的改進(jìn)以及有限元分析方法的發(fā)展，在粘結(jié)滑移的試驗(yàn)研究和模型分析方面，取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但是由于問(wèn)題本身的復(fù)雜性，不但在試驗(yàn)中難以在更小尺度的層次上，把握粘結(jié)滑移的機(jī)理；而且在模擬分析中，仍然難以實(shí)現(xiàn)在整體和局部不同層次上對(duì)粘結(jié)滑移規(guī)律進(jìn)行準(zhǔn)確的模擬。 本文在開放的有限元分析軟件平臺(tái)FEAPpv的基礎(chǔ)上，

2、進(jìn)行了單調(diào)荷載作用下考慮粘結(jié)滑移的二維非線性有限元分析方法的研究。在平臺(tái)用戶自定義單元庫(kù)中，添加了兩結(jié)點(diǎn)鋼筋桿單元、四結(jié)點(diǎn)鋼筋混凝土矩形單元及兩結(jié)點(diǎn)粘結(jié)滑移聯(lián)結(jié)單元：同時(shí)在本構(gòu)模型庫(kù)中，添加了鋼筋、混凝土及粘結(jié)滑移的本構(gòu)模型。通過(guò)在鋼筋和混凝土的連結(jié)點(diǎn)處插入聯(lián)結(jié)單元，來(lái)考慮鋼筋和混凝土之間由于粘結(jié)滑移產(chǎn)生的影響。采用鋼筋和混凝土分離式有限元模型來(lái)形成結(jié)構(gòu)的總體剛度矩陣和總恢復(fù)力列陣。 利用本軟件對(duì)拉拔試件和簡(jiǎn)支梁試件進(jìn)行了分析模

3、擬。結(jié)果表明，本軟件能在整體和局部?jī)蓚€(gè)層次上，較為準(zhǔn)確地模擬了構(gòu)件的受力性能。本文的工作為后續(xù)研究的開展奠定了基礎(chǔ)。 本文完成的主要工作有： ①在現(xiàn)有試驗(yàn)研究及分析研究進(jìn)行文獻(xiàn)綜述的基礎(chǔ)上，在第二章建立了考慮粘結(jié)滑移的鋼筋混凝土非線性有限元分析的理論模型。 ②在FEAPpv平臺(tái)上，采用Fortran語(yǔ)言，添加了鋼筋混凝土四結(jié)點(diǎn)矩形單元和兩結(jié)點(diǎn)鋼筋桿單元，以及描述粘結(jié)滑移現(xiàn)象的聯(lián)結(jié)單元。 ③采用用戶自定義材

4、料模塊，添加了混凝土、鋼筋以及粘結(jié)滑移的本構(gòu)模型。 ④在鋼筋和混凝土相連結(jié)點(diǎn)處插入聯(lián)結(jié)單元。沿鋼筋切向由相應(yīng)的鋼筋和混凝土結(jié)點(diǎn)位移差，調(diào)用材料本構(gòu)形成切向單元?jiǎng)偠群突謴?fù)力。對(duì)沿鋼筋法向，不考慮鋼筋抗剪，忽略鋼筋的銷栓作用的影響，程序中對(duì)法向剛度取以較大的值K，=100K，(K，為法向剛度，K，為切向剛度)，從而由單元的結(jié)點(diǎn)位移差調(diào)用粘結(jié)滑移本構(gòu)，形成單元的剛度矩陣和恢復(fù)力。 ⑤程序中在考慮鋼筋和混凝土粘結(jié)滑移的影響時(shí)，鋼

5、筋和混凝土相連結(jié)點(diǎn)之間產(chǎn)生相對(duì)變形，此時(shí)采用鋼筋和混凝土分離的方式形成分離式的有限元分析模型。在粘結(jié)完好時(shí)，鋼筋和混凝土相連結(jié)點(diǎn)共同變形，此時(shí)采用復(fù)合式的有限元分析模型。 ⑥對(duì)徐有鄰在博士論文中進(jìn)行的單調(diào)加載下拉拔試件的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析模擬。 ⑦對(duì)單調(diào)加載下簡(jiǎn)支梁的受力性能進(jìn)行了分析模擬。 通過(guò)本文完成的工作得到的主要結(jié)論有： ①采用本文程序成功地對(duì)徐有鄰拉拔構(gòu)件進(jìn)行了分析。荷載滑移曲線的對(duì)比表明，在試

6、件的整體反應(yīng)上，分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)出很好的一致性。在局部反應(yīng)方面，由單元應(yīng)力應(yīng)變和滑移量沿鋼筋錨長(zhǎng)的分布圖，可以清楚地看到單元應(yīng)力和粘結(jié)破壞由拉拔端向自由端逐步傳遞的過(guò)程。 ②采用本文程序?qū)?jiǎn)支梁在粘結(jié)完好和考慮粘結(jié)滑移時(shí)的影響進(jìn)行了模擬分析。由模擬分析所給出的荷載－位移曲線可以看到，在加載初期，混凝土未開裂前，構(gòu)件剛度退化不大，粘結(jié)滑移的影響不明顯；在加載后期，由于粘結(jié)破壞的逐步加劇，結(jié)構(gòu)剛度退化逐步明顯。由荷載－位移曲線