基于ABAQUS的混凝土梁受弯破坏实验非线性分析_王丽
基于ABAQUS的钢筋受拉破坏模拟
基于ABAQUS的钢筋受拉破坏模拟
曾翔
【期刊名称】《低温建筑技术》
【年(卷),期】2017(039)003
【摘要】在对钢筋混凝土结构的倒塌行为进行有限元分析时,合理地模拟钢筋的破坏是准确地模拟结构倒塌行为的重要前提.大型通用有限元分析软件ABAUQS已被较多地应用于混凝土结构倒塌行为的分析与研究中,而在相关的研究文献中,甚少采用ABAQUS自带的累积损伤破坏模型对钢筋的受拉破坏进行模拟.采用ABAQUS 自带模型对有限元建模非常方便,可不必自定义材料的子程序.因此,文中将对累积损伤破坏模型进行详细描述,并对其模拟钢筋受拉破坏时的参数取值进行研究,确定相关参数的取值方法.本研究将为钢筋混凝土结构倒塌行为的有限元分析提供新的参考方法.
【总页数】3页(P26-28)
【作者】曾翔
【作者单位】海南大学土木建筑工程学院,海口570228;海南国际旅游岛发展研究院,海口570228
【正文语种】中文
【中图分类】TU375
【相关文献】
1.受拉钢筋混凝土构件破坏过程的数值模拟 [J], 张娟霞;唐春安;梁正召;张亚芳;张永彬;吴献
2.钢筋混凝土双向受拉构件破坏面分析与承载力计算 [J], 孙宝俊;吕志涛
3.岩石受拉破坏的数值模拟方法 [J], 王来贵;赵娜;周永发;杨小军
4.激光辐照受拉铝板破坏行为的时空多尺度数值模拟 [J], 张锐;唐志平
5.受拉钢筋混凝土构件破坏过程中的等间距裂缝形成机理 [J], 张娟霞;唐春安;寇绍全;梁正召;徐涛
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基于ABAQUS的混凝土破坏实验非线性分析
基于ABAQUS的混凝土破坏实验非线性分析一、内容综述近年来，随着建筑工程技术的飞速发展，现代建筑结构对于材料性能和结构安全性的要求也日益提高。
作为一种极具代表性的建筑材料，在各种工程领域中得到了广泛应用。
混凝土在复杂荷载下的破坏过程通常表现出强烈的非线性特性，这给结构的分析和设计带来了极大的挑战。
传统的线性分析方法在处理这类非线性问题时存在诸多局限性，基于非线性理论的混凝土破坏实验分析方法成为了研究的热点。
ABAQUS，作为目前国际上广泛应用的有限元分析软件，具备高效、精确的非线性分析能力，为混凝土破坏实验提供了有力的工具。
1.1 研究背景和意义随着现代建筑事业的不断发展，高层建筑和大跨度结构越来越普遍，这对混凝土结构的承载能力和抗震性能要求越来越高。
混凝土破坏实验是研究混凝土性能的重要手段之一，其中非线性分析方法在混凝土破坏实验中具有重要的应用价值。
ABAQUS作为国际上广泛应用的有限元分析软件，在混凝土破坏实验非线性分析中具有很高的精度和可靠性。
本文通过基于ABAQUS的混凝土破坏实验非线性分析，旨在研究混凝土在不同条件下的破坏模式和力学行为，为混凝土结构和结构的抗震设计提供理论依据。
本文的研究背景是考虑到现代建筑物对混凝土性能的高要求以及在地震、暴风等自然灾害中对结构安全性的挑战。
研究混凝土破坏实验非线性分析有助于深入了解混凝土内部的应力分布和破坏机制，为实际工程提供更加准确的计算和分析方法。
研究ABAQUS在混凝土破坏实验非线性分析中的应用，可以为相关领域的研究提供借鉴和参考，推动有限元分析技术在混凝土结构研究中的进一步发展。
1.2 ABAQUS软件简介ABAQUS（阿巴克斯）是一款国际知名的非线性有限元分析软件，广泛应用于工程领域的结构分析和模拟。
它具有全面、准确、可靠的特点，能有效地处理各种复杂材料和结构问题。
在混凝土破坏实验非线性分析中，ABAQUS软件发挥着重要作用，为研究者提供了便捷的工具来模拟混凝土在受力状态下的破坏过程。
基于ABAQUS纤维梁单元的钢筋混凝土柱受力破坏全过程数值模拟
基于ABAQUS纤维梁单元的钢筋混凝土柱受力破坏全过程数值模拟一、本文概述随着计算机技术的飞速发展和数值计算方法的不断完善，数值模拟已成为工程领域中研究和解决实际问题的重要手段。
ABAQUS作为一款功能强大的有限元分析软件，被广泛应用于各种复杂工程问题的模拟分析中。
本文旨在利用ABAQUS软件中的纤维梁单元，对钢筋混凝土柱在受力作用下的破坏全过程进行数值模拟，以期更深入地理解钢筋混凝土柱的受力性能，为实际工程设计和施工提供理论支撑和参考依据。
具体而言，本文将首先介绍钢筋混凝土柱的基本构造和受力特点，阐述钢筋混凝土柱破坏过程的复杂性和重要性。
将详细介绍ABAQUS软件及其纤维梁单元的基本原理和适用范围，说明选择纤维梁单元进行数值模拟的原因和优势。
接着，本文将构建钢筋混凝土柱的数值模型，包括材料本构关系的确定、单元类型的选择、网格划分以及边界条件和荷载的施加等。
在此基础上，将进行钢筋混凝土柱在不同受力情况下的数值模拟，分析钢筋混凝土柱的受力响应、裂缝开展、破坏模式以及承载能力等方面的变化。
本文将总结数值模拟的结果，并与实验结果或已有研究成果进行对比验证，评估数值模拟的准确性和可靠性。
通过本文的研究，不仅可以更深入地了解钢筋混凝土柱的受力破坏全过程，还可以为类似工程问题的数值模拟提供有益的参考和借鉴。
本文的研究成果也有助于推动数值模拟技术在土木工程领域的应用和发展。
二、钢筋混凝土柱受力破坏机理分析钢筋混凝土柱的受力破坏是一个复杂的过程，涉及到材料的非线性、几何的非线性以及接触和边界条件的复杂性。
通过数值模拟来研究其受力破坏的全过程显得尤为重要。
在受力初期，钢筋混凝土柱主要承受弹性变形。
此时，混凝土和钢筋均处于弹性工作状态，应力与应变之间呈线性关系。
随着荷载的增加，混凝土开始出现裂缝，裂缝的扩展和分布受到钢筋的约束作用，形成了一种复杂的应力传递机制。
钢筋通过裂缝与混凝土之间的粘结力传递应力，有效地延缓了裂缝的进一步发展。
钢筋混凝土板偏心受压破坏全过程非线性分析
钢筋混凝土板偏心受压破坏全过程非线性分析The Nonlinear Analysis for Compressive Failure of Reinforced ConcreteSlab under Eccentric Compressive LoadPIAO Zhe-hao1,SONG Li2,3,SONG Wan-zeng2,3,QIAO Rui-she2,3(1.Water Resources Development and Management Master Station of the Ministry of Water Resources, Beijing *****,China;2.Yellow River Institute of Hydraulic Research,Zhengzhou *****,China;3.Research Center on Levee Safety Disaster Prevention Ministry of Water Resources,Zhengzhou *****,China)Abstract:According to core issues of safety evaluation in sluice structure, it designed an experimental model and carried out some experiments to study the calculation of ultimate bearing capacity of slabs. In the research, nonlinear finite element analysis theory of reinforced concrete was adopted, and a separated finite element model of reinforced concrete was built, considering material nonlinearity of concrete, bond-slip relationship between steel bars and concrete, the state nonlinear of structure. Aiming at the respective strain-stress relationship and bond-slip relationship between concrete and steel bar, the paper researched the key parameters combined with practical engineering and experiment, and obtained practical parameters. Based on *****.0 platform of general finite element program, a simulation calculation was developed. Moreover, the calculation results shows that the analysis is correct compared with experiment results from three aspects, including fracture distribution, ultimate bearing capacity and deflection.Key words: the safety appraisal of sluice;eccentric compression;reinforced concrete slab;the whole process of failure;nonlinear analysis水闸在使用过程中,由于受到荷载,在恶劣环境和不合理运用方式等因素的作用下,产生裂缝、碳化、钢筋锈蚀、表面冲刷、混凝土强度改变等方面的不利缺陷,当缺陷达到一定程度后会大大降低水闸安全性,对水闸功能的发挥产生重要影响。
基于ABAQUS的型钢混凝土梁三维非线性分析
ＡＢ ＵＳ塑性损伤模型是 采用各 向同性 的弹性损 伤 、 ＡＱ 拉 伸和压缩塑性理论来表征 混凝土 的非弹性行 为。此模型假定
混 凝 土 材料 主要 因拉 伸 开 裂 和 压 缩 破 碎 而 破 坏 ， 之 对 应 的屈 与
服或破坏面的形成分别 由等效 塑性拉应 变和等效 塑性压应变 控制 ， 同时引入受拉 、 受压两个弹性刚度损伤变量来反映受拉 、 受压区｝凝 土进入软化段卸载时刚度的弱化 。 昆 损伤变量 的取值范 围从 ０ 表示无损 伤材料 ） １ 表示完 （ 至 （
关键词 ： Ｂ Ａ ＡＱＵＳ 混凝 土 损 伤 塑性 模 型 型 钢 混凝 土 梁 非线 性 分 析 中 图分 类 号 ： Ｕ３ ２ Ｔ ５ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ４－ １ ５２ １ 】 １ ０４ ３ １０ －６ ３ （０ １Ｏ 一Ｏ ５ —０
３ Ｄ ｎ ｎ ｉｅ ｒａ ａｙ ｉ ｏ ｏ ｔｅ ｅｎ ｏ ｃｄ ｃ ｎ ｒ ｔ ｅ ｍ ａ ｅ ｎ ＡＢＡ ～ ｏ ｌ ａ ｎ ｌｓｓ ｆｂ ｘ ｓｅ ｌ ｉｆ ｒｅ ｏ ｃｅｅｂ ａ ｂ ｓｄ ｏ ｎ ｒ ＱＵＳ
全损伤材 料 ） 。在 定 义 混 凝 土 开 裂 后 的 拉 伸 硬 化 性 能 时 ， Ａ ＡＱ 提 供 了 三种 定 义 凝 土 受 拉 软 化 性 能 的 方 法 ： 混 Ｂ ＵＳ 昆 ①
分析工具 ， 其塑性损伤模型可 以准确地对结构开始受荷 载直到
破坏的全过程进行分析 ， 获得不 同阶段的受力状态 、 变形等力
Ｋｅ ｗｏ ｄ ＡＢＡＱＵＳ Ｄａ ｇ ｄ ｐａ ｔ ｉ ｄ ｌ ｏ ｏ ｃｅｅ Ｂ ｘ ｓｅ ｌ ｅｎ ｏ ｃｄ ｃ ｎ ｒ ｔ ｅ ｍ Ｎｏ ｌ ｅ ｒａ ａｙ ｉ ｙ ｒ ｓ： ｍａ ｅ ｌｓｉ ｔ ｍｏ ｅ ｒｃ ｎ ｒｔ ｏ ｔｅ ｒｉｆｒ ｅ ｏ ｃｅｅｂ ａ ｃｙ ｆ ｎｉ ａ ｎ ｌｓｓ ｎ
基于ABAQUS的混凝土结构非线性有限元分析
关键 词 ： Ｂ Ｑ Ｓ 混凝 土 结构 ， 型 ＡＡ Ｕ， 模
中 图分 类 号 ： Ｕ ７ Ｔ ３５ 文 献 标 识 码 ： Ａ
近年来 ， 用有 限元 法对 钢筋 混凝土结 构及 其构件性质 的研 和 复 杂 结 构 的 仿 真 分 析计 算 开辟 新 途 径 。 利
采 用 的方 法 就 各 种 空 间 网 格 结 构 而 言 ， 根 据 其 特 有 的 构 成 规 可
１ ２０
２ｏ ９ ０． ２
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律 ， 过改 变其 中的参数 ， 通 然后加 以处理 ， 即可利 用计算机进行 设 计， 大大减 少设计 的工作 量。
究 ， 直是 国 内 外 该 领 域 的 热 点 问 题 。有 限元 计 算 方 法 是 研 究 钢 １ 材料 本构 关 系模 型选 取 一 筋混凝土结构性质 、 补充 试 验 结 果 的一 种 重 要 方 法 。 由 于 钢 筋 混 钢筋采用 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ软件 中提供 的等 向强化 弹塑性模 型 （ｓ— Ｉ ｏ 凝土材料在结构上类似于复合材料 的构 造 ， 目前 对其结构 内力 的 ｔ ｐ ａｄｘ ｎ ｏ ｅ ， ｒ ｉ ｈｒｅｌ ｇｍ ｄ ） 满足 Ｖ ｎＭｉ ｓ ｏｃ ｉ ｏ ｓ 屈服准则。等 向强化 弹塑 ｅ 认 识 还 不 够 深 入 ， 此 ， 入 混 凝 土 多 参 数 强 度 准 则 和 非 线 性 本 性 模 型描 述 屈 服 面 在所 有 方 向 的 扩 展 是 相 同 的 ， 且 意 味 着 由 于 因 引 并 构关系 ， 对其进行非线性有 限元分析很有必要 ， 可为高精度大体积 硬化 引起 的拉 伸屈 服强 度 的增 加 会 导 致 压 缩 屈 服 强度 有 同 等 的增
基于ABAQUS的混凝土梁柱节点非线性分析_万翱宙
基于ABAQUS的混凝土梁柱节点非线性分析_万翱宙混凝土梁柱节点是结构中重要的连接部分，其受力性能直接影响整个结构的强度和刚度。
在实际工程中，由于加载过程中节点发生的非线性变形和裂缝扩展会对结构的性能产生较大影响，因此有必要进行混凝土梁柱节点的非线性分析。
ABAQUS是一种强大的有限元分析软件，可以进行复杂结构的非线性分析。
在混凝土梁柱节点的非线性分析中，ABAQUS可以模拟混凝土的材料非线性行为以及节点的几何非线性变形。
首先，对于混凝土的材料非线性行为，ABAQUS可以采用合适的本构模型来模拟。
常用的混凝土本构模型有弹塑性本构模型、本构模型和等。
通过输入混凝土的材料参数，可以利用ABAQUS进行材料的非线性分析。
其次，对于节点的几何非线性变形，ABAQUS可以通过采用非线性几何分析来模拟。
在非线性几何分析中，ABAQUS可以实现节点的大变形和分析。
在进行混凝土梁柱节点非线性分析时，应按照以下步骤进行：1.建模：使用ABAQUS的建模工具创建梁柱节点的三维有限元模型。
模型中要包含梁柱节点的几何形状和尺寸以及与其相连的构件。
2.定义材料属性：输入混凝土的本构模型和材料参数。
根据实际情况选择适当的本构模型，并输入相应的参数。
3.定义加载条件：定义加载条件，包括节点所受的力和位移。
可以选择静力加载或动力加载，根据实际情况进行设置。
4.网格划分：划分网格，将节点模型离散为有限元网格。
网格划分应合理，以保证计算结果的准确性和稳定性。
5.设置边界条件：根据实际情况设置节点的边界条件。
边界条件应包括支座条件、固定边界条件等，以模拟节点在实际结构中的受限情况。
6.运行分析：运行分析，得到节点在加载过程中的应力、应变和变形等结果。
可以利用ABAQUS的后处理工具进行分析结果的展示和分析。
综上所述，基于ABAQUS进行混凝土梁柱节点的非线性分析需要进行合适的模型建立、材料参数输入、加载条件设置、网格划分和边界条件设置等步骤，并通过运行分析和后处理工具得到节点的应力、应变和变形等结果，从而评估节点的受力性能。
ABAQUS在大体积钢筋混凝土非线性有限元分析中的应用评述
ABAQUS 在大体积钢筋混凝土非线性有限元分析中的应用评述张 伟,伍鹤皋,苏 凯(武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉 430072)摘 要:本文首先对大型通用有限元软件ABAQUS 在大体积混凝土有限元分析中的应用进行了评述,着重从混凝土的非线性本构关系和破坏准则,受拉开裂后的行为,钢筋的本构关系,非线性方程组解法等方面论述;然后结合三峡水电站引水管道模型试验资料,进行钢筋混凝土非线性分析,并与试验结果对比评述,论证软件的实际应用能力。
关键词:固体力学;ABAQUS 应用;评论;大体积钢筋混凝土结构;非线性有限元;模型试验中图分类号:O34文献标识码:AR evie w for application of ABAQUS in nonlinear FEManalysis of m ass reinforced concreteZH ANG Wei ,W U Hegao ,S U K ai(State K ey Laboratory o f Water Resources and Hydropower Engineering Science ,Wuhan Univer sity ,Wuhan 430072)Abstract :The application of ABAQUS in FE M analysis of mass rein forced concrete is reviewed in this paper.The nonlinear constitutive relationship and failure criterion of concrete ,post cracking behavior ,constitutive relationship of bar and method of s olving nonlinear equations are discussed.Then ,based on the data of penstocks in Three G orges Hydropower Station ,a nonlinear analysis is done to verify the calculating valid and accuracy.K ey w ords :s olid mechanics ;application of ABAQUS ;review ;mass rein forced concrete ;nonlinear FE M ;m odel experiment收稿日期:2004206224作者简介:张伟,1977年生,男,博士研究生1 引言ABAQUS 是有代表性的大型通用有限元软件,在我国土木工程结构分析方面应用日益广泛。
钢筋混凝土梁的受弯破坏实验报告
钢筋混凝土梁的受弯破坏实验报告引言钢筋混凝土结构在建筑工程中得到广泛应用，钢筋混凝土梁是其中的重要构件之一。
为了研究钢筋混凝土梁在受弯加载下的破坏机制，进行了一系列实验。
本报告旨在总结和分析钢筋混凝土梁受弯破坏实验的结果，为工程实践提供参考。
实验目的本次实验旨在研究钢筋混凝土梁在受弯加载下的破坏形态和破坏机制，分析其受力性能以及承载力等相关参数。
实验方法1.材料选择：本次实验所用材料为标准混凝土和钢筋。
2.试验样品：选取具有一定规格的钢筋混凝土梁作为试验样品。
3.加载方式：以逐渐增加加载力的方式对梁进行受弯加载，记录加载过程中的变形和裂缝情况。
4.数据采集：实时记录试验中的加载力、挠度等数据，以便后续分析。
实验结果经过实验得到的主要结果如下： 1. 破坏形态：在加载逐渐增加的过程中，钢筋混凝土梁出现裂缝，并最终以裂缝扩展为主要破坏形态。
2. 破坏机制：梁在受弯加载下，裂缝逐渐扩展，混凝土逐渐破坏，钢筋暴露并发生变形，最终导致梁的失效。
3. 承载力分析：通过实验数据分析，得出钢筋混凝土梁的承载力大小，以便工程设计中的计算和预测。
1结论通过本次钢筋混凝土梁的受弯破坏实验，我们对其破坏形态和机制有了更深入的了解。
实验结果有助于完善钢筋混凝土结构设计的相关标准，并为工程实践提供可靠的参考。
同时，本实验也为进一步深入钻研钢筋混凝土结构的受力性能和破坏机制奠定了基础。
参考文献1.张三, 李四. 钢筋混凝土结构原理. 北京: 科学出版社, 2010.2.王五, et al. 钢筋混凝土结构设计手册. 上海: 上海科技出版社, 2015.2。
钢筋混凝土梁的Abaqus非线性有限元分析
钢筋混凝土梁的Abaqus非线性有限元分析摘要：本文介绍了混凝土损伤塑性模型的原理、钢筋和混凝土材料的塑性计算过程、混凝土损伤因子的定义及计算。
依据混凝土规范，采取半理论半经验法推导出普遍适用的混凝土损伤塑性模型，然后考虑材料非线性和几何非线性，对一根钢筋混凝土悬臂梁进行了精细化有限元分析，探讨了混凝土损伤对计算结果的影响等问题，为进一步利用ABAQUS对钢筋混凝土进行有限元分析提供了参考。
关键词：损伤塑性模型；有限元；ABAQUS钢筋混凝土结构在土木中应用广泛。
目前常采用试验或数值模拟的方法来研究结构的力学行为。
试验结果较可靠，但费用高、周期长。
随着计算机有限元分析的发展，使得复杂结构的模拟得以实现。
在数值分析中，主要考虑混凝土材料的本构模型，然而，由于混凝土材料的特殊性，虽然已出现各种本构模型，但是仍未见公认的模拟本构关系的理论[1]。
混凝土的本构关系主要是表达混凝土在多轴应力作用下的应力—应变关系，应力—应变曲线由上升段和下降应变软化段组成，特别是对下降段,它具有裂缝逐渐扩展，卸载时弹性软化等特点，而非线性弹性、弹塑性理论很难描述这一特性。
损伤力学理论既考虑混凝土材料在未受力的初始裂缝的存在，也可反映在受力过程中由于损伤积累而产生的裂缝扩展，从而导致的应变软化。
因而近年来不少学者致力于将损伤力学用于混凝土材料，并建立相应的本构关系[2]。
ABAQUS是大型通用的有限元分析软件，其具有强大的非线性分析能力[3]，ABAQUS软件中的混凝土损伤塑性模型采用各向同性弹性损伤结合各向同性拉伸与压缩塑性理论来表征混凝土的非线性行为,是一个基于塑性的连续介质损伤模型,又结合非关联多重硬化塑性和各向同性弹性损伤理论表征材料断裂过程中发现的不可逆损伤行为[4]。
该模型可用于单向加载、循环加载及动态加载等情况，具有较好的收敛性。
本文把规范[5]建议的混凝土本构关系应用到损伤塑性模型，对一悬臂梁[6]进行精细的有限元建模计算和探讨。
钢筋混凝土梁的非线性行为研究
钢筋混凝土梁的非线性行为研究概述：钢筋混凝土梁作为常用的结构元素，在土木工程中扮演着重要的角色。
然而，在实际工程中，梁结构通常承受大量荷载，并且可能存在非线性行为，这对结构的稳定和安全性产生了重要影响。
因此，对钢筋混凝土梁的非线性行为进行研究具有重要的理论和实际意义。
引言：结构工程师在设计钢筋混凝土梁时，通常会认为材料和结构的力学行为是线性的，即按照胡克定律来计算应力和应变的关系。
然而，真实的钢筋混凝土梁在荷载作用下会出现破坏、蠕变和非弹性变形等非线性行为，这些行为与结构材料的特性以及梁的几何形状密切相关。
非线性行为的特征：1. 弹性极限的超越：当荷载达到一定程度时，钢筋混凝土梁将超过其材料的弹性限度，出现非弹性变形，如塑性变形、刚度减小等。
2. 蛇行曲线：荷载对应的应变和位移并不是简单的线性关系，存在一定的蛇行曲线，即应变不均匀分布的现象。
非线性行为的原因：非线性行为主要受以下因素的影响：1. 材料的非弹性特性：钢筋混凝土材料的非线性行为主要源于混凝土本身和钢筋的非线性特性，如混凝土的开裂、压碎以及钢筋的屈服等。
2. 梁的几何形状：梁的横截面形状和长度等几何特性对于结构的非线性行为有重要影响，如受弯构件中的剪切、蠕变效应等。
非线性行为的研究方法：1. 数值模拟方法：随着计算机技术的不断进步，数值模拟方法成为研究钢筋混凝土梁非线性行为的主要手段之一。
常用的数值模拟方法包括有限元法、边界元法等，通过建立结构的数学模型，可以分析材料和结构的应力、应变以及位移等非线性行为。
2. 实验室试验：进行钢筋混凝土梁的真实加载试验，通过测量和记录荷载-位移曲线、应力-应变关系以及变形等参数，可以了解钢筋混凝土梁的非线性行为特征。
非线性行为对结构的影响：1. 结构的稳定性：非线性行为的出现会导致结构失去原有的刚度和稳定性，可能引发结构的屈曲和破坏，甚至发生局部或全局崩塌。
2. 结构的性能：非线性行为对结构的荷载承载能力、刚度和变形能力等性能产生重要影响，直接关系到结构的使用寿命和安全性。
钢筋混凝土梁抗弯刚度非线性全过程分析
(2) 混凝土受压的应力 应变关系选用单轴作用
下的混凝土本构关系模型 ,即[1] :
σc = f c 1 -
1
-
εc ε0
n
(εc ≤ε0) ,
( 1)
σc = f c (ε0 < εc ≤εcu) ,
( 2)
Ξ 收稿日期 :2007 - 06 - 05 基金项目 :内蒙古教育基金资助项目 (NJ06075) ;内蒙古科技大学科研基金资助项目 1 作者简介 :薛 刚 (1968 - ) ,男 ,河南杞县人 ,内蒙古科技大学副教授 1
110 115 210 215 310 315 410 65 81 95 107 118 128 137
Ξ
钢筋混凝土梁抗弯刚度非线性全过程分析
薛 刚1 ,2 ,郭晓燕1
(11 内蒙古科技大学 建筑与土木工程学院 ,内蒙古 包头 014010 ;21 北京科技大学 土木与环境工程学院 ,北京 100083)
关键词 :梁 ;抗弯刚度 ;非线性 ;全过程分析 中图分类号 :TU37511 文献标识码 :A 摘 要 :在基本 假定的基础 上 ,用 有限条带法 对梁截面弯 矩2刚度关系进 行了非线性 全过程分析 ,用程 序可算得 不 同加载阶段的梁截面承担的弯矩值 、梁截面曲率及截面平均刚度值 1用 算例 说明 了梁 刚度 的变 化特 点 1
2007 年 9 月 第 26 卷第 3 期
内蒙古科技大学学报 Journal of Inner Mongolia University of Science and Technology
September ,2007 Vol.26 ,No.3
文章编号 :1004 - 9762 (2007) 003 - 0250 - 03
混凝土梁的非线性分析与设计方法研究
混凝土梁的非线性分析与设计方法研究一、前言混凝土梁是建筑结构中常见的构件之一，其在承受荷载时会发生非线性行为。
因此，对混凝土梁进行非线性分析和设计是必要的。
本文将对混凝土梁的非线性分析和设计方法进行研究和探讨。
二、混凝土梁的非线性行为混凝土梁在受力过程中会发生非线性行为，主要表现为以下几个方面：1. 压缩区域的非线性当混凝土梁受到压缩力时，混凝土中的微裂缝会逐渐扩展，最终导致混凝土的破坏。
因此，混凝土的压缩行为是非线性的。
2. 弯曲区域的非线性当混凝土梁受到弯曲力时，弯曲区域内的混凝土会发生压缩和拉伸。
由于混凝土的拉伸强度较低，因此在弯曲区域中混凝土的应力应变关系是非线性的。
3. 剪切区域的非线性当混凝土梁受到剪切力时，剪切区域内的混凝土会发生剪切变形。
由于混凝土的剪切强度较低，因此在剪切区域中混凝土的应力应变关系也是非线性的。
三、混凝土梁的非线性分析方法针对混凝土梁的非线性行为，可以采用以下两种方法进行非线性分析：1. 基于力学理论的方法基于力学理论的非线性分析方法，主要分为两种：塑性分析和损伤分析。
塑性分析方法主要考虑混凝土的塑性变形，而损伤分析方法则考虑混凝土的损伤过程。
2. 基于数值计算的方法基于数值计算的非线性分析方法，可以采用有限元方法进行模拟计算。
由于有限元方法可以考虑材料的非线性行为和构件的几何非线性行为，因此在混凝土梁的非线性分析中得到了广泛的应用。
四、混凝土梁的设计方法混凝土梁的设计方法主要包括以下几个方面：1. 截面设计混凝土梁的截面设计应考虑截面受拉区域、受压区域和剪切区域的强度。
在截面设计中，应采用合适的钢筋配筋方案，以提高混凝土梁的承载能力。
2. 弯矩设计混凝土梁的弯矩设计应考虑截面受弯时的应力状态和应变状态，以保证混凝土梁的弯曲承载能力。
3. 剪力设计混凝土梁的剪力设计应考虑截面受剪时的应力状态和应变状态，以保证混凝土梁的剪切承载能力。
4. 端部设计混凝土梁的端部设计应考虑混凝土梁与支座的连接方式和端部受力状态，以保证混凝土梁的端部承载能力。
混凝土结构的非线性屈曲分析与优化设计
混凝土结构的非线性屈曲分析与优化设计一、引言混凝土结构是一种常见的建筑结构，它具有较高的承载能力和稳定性。
然而，在实际使用中，混凝土结构往往会受到各种荷载的作用，导致其发生塑性变形和破坏。
因此，为了确保混凝土结构的安全性和可靠性，在设计过程中需要进行非线性屈曲分析和优化设计。
二、混凝土结构的非线性屈曲分析1.概述混凝土结构的非线性屈曲分析是指在荷载作用下，混凝土结构发生非线性变形和破坏的过程。
该过程具有高度的复杂性和不确定性，需要运用一系列数学方法和计算机模拟技术进行分析。
2.分析方法混凝土结构的非线性屈曲分析主要采用有限元方法进行模拟。
该方法将结构划分为若干个小单元，通过计算各单元之间的相互作用力和位移，得到整个结构的变形和破坏情况。
在模拟过程中，需要考虑混凝土的本构关系、材料破坏准则、接触和摩擦等因素的影响。
3.分析步骤混凝土结构的非线性屈曲分析一般包括以下步骤：（1）建立有限元模型，确定结构的几何形状和边界条件；（2）确定材料的本构关系和破坏准则；（3）施加荷载并求解结构的位移、应力和应变等参数；（4）判断结构的破坏形式和破坏位置。
三、混凝土结构的优化设计1.概述混凝土结构的优化设计是指在满足规定的安全性能要求的前提下，通过改变结构的几何形状、材料性能和荷载等因素，使结构的重量、成本或其他指标达到最优化的设计过程。
2.设计方法混凝土结构的优化设计主要采用数学规划方法进行求解。
该方法将设计问题转化为数学模型，并通过求解算法得到最优化的设计方案。
在设计过程中需要考虑结构的受力和变形等因素，同时需要满足一定的约束条件，如荷载极限状态、变形限制等。
3.设计步骤混凝土结构的优化设计一般包括以下步骤：（1）确定设计目标和约束条件；（2）建立数学模型，并选择合适的求解算法；（3）进行优化设计计算，并得到最优化的设计方案；（4）对设计方案进行评价和验证，并进行必要的调整和改进。
四、案例分析以一座框支撑混凝土结构为例，进行非线性屈曲分析和优化设计。
混凝土梁的非线性分析与设计方法研究
混凝土梁的非线性分析与设计方法研究一、引言混凝土梁作为建筑结构中常见的构件，其在承受荷载时会发生非线性变形，因此非线性分析与设计方法的研究对于混凝土梁的设计与施工具有重要的意义。
本文将介绍混凝土梁的非线性分析与设计方法的研究进展。
二、混凝土梁的非线性分析方法1. 基于有限元法的非线性分析方法有限元法是目前混凝土梁非线性分析的主要方法之一。
该方法将结构分割为有限个小单元，通过建立单元间的位移、应变、应力等物理量之间的关系，求解出整个结构的变形、应变、应力等参数。
在混凝土梁的非线性分析中，有限元法可以采用材料非线性分析和几何非线性分析相结合的方式。
其中，材料非线性分析主要考虑混凝土的非线性行为，而几何非线性分析则主要考虑结构变形引起的非线性行为。
2. 基于位移控制的非线性分析方法位移控制的非线性分析方法是一种基于位移反馈控制的方法。
该方法通过控制试验中的位移，实现对混凝土梁的非线性分析。
该方法主要适用于混凝土梁的试验研究，可以较为准确地模拟混凝土梁在承受荷载时的非线性行为。
三、混凝土梁的非线性设计方法1. 基于极限状态设计的非线性设计方法极限状态设计方法是一种以结构极限状态为基础的设计方法，该方法主要考虑结构在极限状态下的承载能力。
在混凝土梁的非线性设计中，极限状态设计方法可以采用双曲线模型、塑性铰模型等方法进行分析和设计。
2. 基于变形控制的非线性设计方法变形控制的非线性设计方法是一种基于结构变形控制的设计方法。
该方法通过控制结构的变形，使其在承受荷载时达到稳定状态，从而实现结构的非线性设计。
在混凝土梁的非线性设计中，变形控制的非线性设计方法可以采用基于变形限制的设计方法，通过控制混凝土的变形来实现结构的非线性设计。
四、混凝土梁的非线性分析与设计方法的应用混凝土梁的非线性分析与设计方法在实际工程中具有广泛的应用。
例如，在地震工程中，混凝土梁的非线性分析与设计方法可以用于分析结构在地震作用下的受力情况，从而确定结构的安全性；在桥梁工程中，混凝土梁的非线性分析与设计方法可以用于分析桥梁在承受车辆荷载时的变形和应力情况，从而确定桥梁的安全性。
混凝土梁的非线性分析与设计方法研究
混凝土梁的非线性分析与设计方法研究一、引言混凝土梁是建筑结构中常见的构件之一，其设计需要考虑到多种因素，如载荷、变形、裂缝等。
传统的设计方法主要基于线性弹性理论，但是在实际工程中，混凝土梁往往会出现非线性行为，如屈曲、开裂等。
考虑这些非线性因素对混凝土梁的设计和分析是十分重要的。
本文将探讨混凝土梁的非线性分析与设计方法。
二、混凝土梁的非线性行为混凝土梁的非线性行为包括两个方面：材料的非线性和结构的非线性。
材料的非线性主要表现为混凝土的压缩性质和钢筋的屈服性质；结构的非线性主要表现为混凝土梁的屈曲、开裂等。
1. 混凝土的压缩性质混凝土在受到压力时，其应力应变关系并不符合线性弹性理论。
在低应力水平下，混凝土的应力应变曲线呈现线性段；但在高应力水平下，混凝土的应力应变曲线呈现非线性段。
这是由于混凝土内部的微观裂缝逐渐扩展，导致混凝土的应力应变关系变得非线性。
2. 钢筋的屈服性质钢筋在受到拉力时，其应力应变关系也不符合线性弹性理论。
当钢筋受到一定拉力时，其应力将达到屈服强度，此时应变将无限增大，但应力不再增加。
这种现象称为钢筋的屈服，是非线性行为的一种表现。
3. 混凝土梁的屈曲当混凝土梁受到弯矩作用时，其顶部会出现压应力，底部会出现拉应力，当弯矩增加到一定程度时，混凝土梁将出现屈曲现象。
在屈曲状态下，混凝土梁的应力应变关系也是非线性的。
4. 混凝土梁的开裂混凝土梁在受到弯曲作用时，底部混凝土的拉应力会逐渐增大，当拉应力增加到混凝土的抗拉强度时，混凝土会出现开裂现象。
此时混凝土梁的应力应变关系也是非线性的。
三、混凝土梁的非线性分析方法传统的混凝土梁设计方法主要基于线性弹性理论，但在实际工程中，混凝土梁经常会出现非线性行为。
因此，非线性分析方法对混凝土梁的设计和分析十分重要。
下面将介绍几种常见的非线性分析方法。
1. 基于弹塑性理论的非线性分析方法基于弹塑性理论的非线性分析方法将混凝土梁视为具有弹性和塑性两种特性的材料，同时考虑混凝土梁的屈曲和开裂行为。
基于非线性分析的混凝土结构抗震性能研究
基于非线性分析的混凝土结构抗震性能研究一、研究背景随着城市化进程的不断加快，建筑物的高度和复杂度也在不断增加，地震对建筑物的破坏性也越来越大。
因此，研究混凝土结构的抗震性能，对于保障人民生命财产安全、推进城市建设具有重要意义。
传统的混凝土结构抗震设计方法主要基于弹性理论，但在地震作用下，混凝土结构往往会出现非线性行为，弹性理论难以满足实际需要。
因此，基于非线性分析的混凝土结构抗震性能研究，成为当前研究的热点。
二、研究内容1.混凝土结构的非线性行为分析混凝土结构在地震作用下，会出现多种非线性行为，如裂缝、塑性变形等。
因此，对于混凝土结构的非线性行为分析，是深入研究混凝土结构抗震性能的前提。
非线性分析方法主要包括有限元法、离散元法等。
其中，有限元法是目前应用最广泛的方法之一。
通过建立混凝土结构的有限元模型，考虑材料的非线性特性，可以较为准确地模拟混凝土结构的非线性行为。
2.混凝土结构的抗震性能评估混凝土结构的抗震性能评估是研究混凝土结构抗震性能的重要手段。
评估方法主要包括弹性分析法和非线性分析法两种。
其中，非线性分析法可以更加准确地评估混凝土结构的抗震性能，因为它可以考虑混凝土结构的非线性行为。
评估指标主要包括结构的塑性变形能力、耗能能力、刚度退化能力等。
通过对这些指标的评估，可以全面地了解混凝土结构的抗震性能，为混凝土结构的抗震设计提供依据。
3.混凝土结构的抗震设计方法研究混凝土结构的抗震设计方法主要有弹性设计和弹塑性设计两种。
弹性设计只考虑结构在弹性阶段的稳定性，而弹塑性设计则考虑结构的塑性变形和能量耗散能力。
目前，弹塑性设计方法已经成为混凝土结构抗震设计的主流方法。
在弹塑性设计中，需要考虑结构的塑性铰的位置、刚度退化规律、耗能能力等因素，以保证结构在地震作用下不发生严重的破坏。
因此，深入研究混凝土结构的塑性行为规律，对于提高混凝土结构的抗震性能具有重要意义。
三、研究方法本研究主要采用有限元法进行混凝土结构的非线性分析。
浅析混凝土梁受弯构件非线性全过程分析
浅析混凝土梁受弯构件非线性全过程分析
徐国锋
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2009(035)019
【摘要】提出混凝土受弯构件从加载直至构件破坏全过程非线性分析模式,编制计算程序,给出了其弯矩与曲率、荷载与变形的关系曲线,将混凝土受弯构件的承载力及变形的计算结果与试验结果对比,表明二者吻合良好.
【总页数】2页(P57-58)
【作者】徐国锋
【作者单位】重庆交通大学土木建筑学院,重庆,400074
【正文语种】中文
【中图分类】TU375.1
【相关文献】
1.钢管煤矸石混凝土受弯构件的受力全过程分析 [J], 李帼昌;赵柏冬
2.空间钢构架混凝土梁受弯性能的非线性全过程分析 [J], 代金亮;唐兴荣
3.钢骨混凝土受弯构件非线性全过程分析 [J], 王连广;李立新;梁玉君;孙立新;刘岩峰
4.活性粉末混凝土梁受弯非线性全过程分析 [J], 张明波;阎贵平;余自若;钟铁毅
5.钢纤维混凝土受弯构件正截面受力全过程分析的统一方法 [J], 赵军;高丹盈因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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( 2)有限元分析中混凝土与钢筋之间的粘结是 采用 Embedded技术处理的, 该 方法有效简化 了建 模 [ 8] , 但无法实现随荷载的增加混凝土与钢筋的摩 擦时刻变化的特性, 尤其是钢筋滑移的模拟难度很 大等, 容易导致结果失真。
( 3)其他一些因素也会影响分析结果, 比如: 有 限元分析的收敛性、模拟中参数取 值的合理性、有 限元单元的划分形式和数量、试验中试件浇筑质量 及加载情况等。
H ognestad[ 5] 建议的模型计算公式:
R=
fc
2
E E0
-
E 2, E0
fc
1-
0.
15
EEu -
E0 E0
,
E[ E0 E0 [ E [ Eu
其中, 混凝土单轴抗压强度 f c = 11. 9 MP a, 屈服
应变 E0 = 0. 002, 极限应变 Eu = 0. 0038。
混凝土单向受拉本构模型采用 5钢筋混凝土结
ABAQUS /Explicit 中 的 C racking m odel for concrete (混凝土裂缝模型 ) , 其中混凝土损伤塑性模型具有 一定的优越性, 它可用于单项 加载、循 环加载以及 动态加载等场合, 且具有较好 的收敛性, 因此一般 采用混凝土损伤塑性模型进行混凝土塑性定义。
图 3 简支梁应力图
66
走进 工程
图 4 简支梁位移图
图 6 荷载 - 挠度曲线
图 5 跨中位移 -时间图
4 小梁试验
经设计计 算确定一个钢筋 混凝土适筋梁 的正 截面尺寸、采用材料参数、配筋量等数据, 实施两端 简支、两点加载, 试验模型如图 1所示。试验时按计 算承载力分级加载, 两点加载值 P 相同, 控制加载 速度, 使用百分表和位移计量测钢筋混凝土梁的挠 度, 并记录对应荷载, 同时观察 梁的裂缝及破 坏情 况, 加载至钢筋混凝土梁完全破坏为止。整理试验 数据后绘制简支梁荷载 - 挠度曲线如图 6所示。
构设计规范 6[ 6 ] 中计算公式:
ft
Hale Waihona Puke 1.2E Et
-
0.
2
E6, Et
R=
E
ft at
Et
E Et
-
1
1. 7
+
E, Et
E[ Et E \ Et
其中, 混凝土单轴抗拉强度 ft = 1. 27M Pa, 混凝 土峰值拉应变 Et = 73. 64 @ 10- 6。 3. 3 分析结果
钢筋混凝土简支梁 模型垫片上施 加均布荷载 3. 2M P a(计算得 P = 16 KN ), 分析得 M ises应力如 图 2所示。M ises应力最大值 41. 16 M P a出现在支 座垫板上, 施加荷载垫板周围 也存在较大应 力, 应 力值在 3 M Pa ~ 14 M Pa之间, 并从加载垫板处向支 座方向由大到小变化, 从而两支座之间形成应力供 体, 值由小到大交替变化, 形成传力途径, 这与传统 理论中有腹筋梁拱形桁架 受力模型相类 似。由于 梁的肩部受力小, 因此 M ises应力值较小, 在受拉筋 作用下梁的底部 M ises应力值也较小。
3 钢筋混凝土简支梁分析实例
3. 1 模型建立 该简支梁长 1500 mm, 截面尺 寸为 180 mm @
100mm, 混凝土强度等级为 C25, 纵筋和箍筋均采用 HPB235钢筋, 具体情况见图 1。建立 ABAQUS模型 混凝土采用 C3D8R 单元, 钢 筋采用 T 3D2 单元, 将 钢筋埋入 ( Em bedded) 混凝土单元中来模拟钢筋混 凝土之间的粘结关系。为防止加载过 程中梁上加 载面及支座处出现应力集中, 因此建模时在梁加载
基于 ABAQU S的混凝土梁受弯破坏实验非线性分析
67
挠度值增加 进一步加快。可以看出 ABAQUS 有限 元分析能够得到与实际试验基本相符的结果, 但两 种方法计算的数值之间存 在差异, 经分析, 原 因可 能有以下几点:
( 1)模拟中有限元单元假设具有均匀、各向同 性、单元间接触形式统一的特点 [ 7 ] , 而实际混凝土 构件材料构成复杂, 有水泥等细小颗粒, 也有砾石、 细沙等构成成分, 其相互之间的接触摩擦作用大不 相同, 另外各种材料 性能各不相同, 取用统一 综合 标准进行定义本身与实际就存在差异。
1 前言
随着有限元理论和计算机技术的不断发展, 有 限元分析软件的发展也日趋成熟, ABAQUS 作为其 中一种大型通用有限元分 析软件在科研工作 和实 际工程中的应用也越来越普遍, 因为它不仅具备其 它有限元分析软件的数值计算快、结果精度高以及 分析成本低等优点, 还具有更人性化的操作界面和 可视化结果, 尤其是运用于钢筋混凝土结构非线性 分析中能得到更精确的、更贴合实际的结果 [ 1] 。
大学出版社, 2005 [ 8] 张国丽, 苏军, 基 于 ABAQUS 的 钢 筋混 凝 土 非线 性 分
析, 科学技术与工程, 2008. 10
N onlinear Analysis of R einforced Concrete Beam B ending Dam age E xperim entation Based On ABAQUS
=作者简介 > 王丽, 女, 研究生, 主要研究方向: 结构工程。 13810998394 iamw ang li83@ yahoo. com. cn
基于 ABAQU S的混凝土梁受弯破坏实验非线性分析
65
处和支座处设置钢垫片, 以增加 接触面积和刚 度, 模型图如图 2所示。
图 1 简支梁配筋图
图 2 简支梁模型图
3. 2 钢筋混凝土相关参数计算
钢筋本构模型采用双直线模型, 上升段的斜率
为钢筋的弹性 模量即 E s= 210GPa, 屈 服应力 fy = 210M P a, 对应屈服应变为 0. 001, 水平段钢筋应力不
变, 钢筋破坏时应变为 0. 006。混凝土弹性模量 E s
= 28GP a, 混凝土 单向受 压本构 模型 采用 美国 E.
W ang L ,i D eng Sihua
(B eijing University of C ivil Engineering and A rchitecture, B eijing 100044, China )
A bstract: Based on the the finite elem en t analysis so ftw are ABAQUS, the non linear ana lysis of a rein forced concrete beam w as carried ou.t In th is sim p le beam ana lysis, the concrete dam age p last icity m odel in ABAQUS has been introduced thoroughly. F inally, the results of the experim enta tion and the ABAQUS analysisw ere com pared in a d iagram, accordingly reasons o f the resu lt d ifference betw een the tw o m ethods w ere discussed abou,t w hich can be a usefu l reference for the further study of the finite e lem ent analysis on ABAQUS.
5 结果比较
为方便进行数值模拟和试验结果的分析比较, 改变对简支梁的施加荷载, 使用 ABAQUS软件重新 计算分析, 得出跨中 节点的挠度值 数据, 将其 与试 验结果比较绘制出荷载 - 挠度曲线如图 7所示。
图 7 简支梁跨中挠度值比较图
由上图看出, ABAQUS有限元分析的跨中挠度 随荷载变化的趋势与试验结果相同, 在荷载值 P 达 到 8 KN 前, 构件处于弹性阶段, 其刚度、强度大, 荷 载值与挠度值基本成线性变化; 之后构件进入塑性 阶段, 挠度增加值加快, 当达 到极限承 载力 24 KN 时, ABAQUS 有 限 元 分 析 计 算 得 跨 中 挠 度 为 10. 521 mm, 试验结果为 12. 795 mm; 最后 梁屈服,
参考文献
[ 1] 刘劲松, 刘红 军, ABAQU S 钢 筋混 凝土 有 限元 分析, 装 备制造技术, 2009. 6
[ 2] 吕西林, 金 国芳, 吴晓 涵, 钢 筋混 凝土 结构 非线 性理 论 与应用 [M ] , 同济大学出版, 1997.
[ 3] 庄茁, 张帆, 岑松, ABAQU S 非线性 有限元 分析与 实例, 科学出版社, 2005
2 ABAQU S钢筋混凝土非线性分析
钢筋混凝土结构非线性来源主要分为三类 [ 2] : 材料非线性、几何非线 性、边界 条件非线性。材料 非线性是指钢筋和混凝土 两种材料在结构受 力分 析过程中, 不仅要考 虑其弹性性能 即线性阶段, 也 要考虑其塑 性性能即非线性阶段。在 ABAQUS 中 是通过分别定义钢筋和混 凝土的本构模型来 实现 其材料非线性的特性, 弹性阶段须分别输入两种材 料的弹性模量和泊松比; 塑性阶 段的定义则不 同, 钢筋只需输入其塑性阶段应力应变关系, 而混凝土 塑性 有 三 种 模 型 可 以 选 择 [ 3] , 包 括 有 Concrete Sm eared C rack ing( 弥散裂纹混凝土 模型 ) 、Concrete Dam aged P lastic ity ( 混 凝 土 损 伤 塑 性 模 型 ) 以 及