混凝土模型报告

Abaqus中混凝土本构模型报告

在abaqus中只有三中混凝土本构模型：弥散裂纹模型、混凝土损伤塑性模型和混凝土脆性断裂模型，一般用得比较多的是前两者。其中弥散裂纹模型只能用于abaqus/standard 中，而脆性断裂模型则只能用于abaqus/explict中，只有混凝土损伤模型能在两个模块中使用。

一、混凝土弥散裂纹模型

混凝土弥散裂纹模型是使用定向的损伤弹性（弥散裂纹）以及各项同性压缩塑性来表示混凝土的非弹性行为。它能任何单元、结构上，包括梁、杆、壳和实体单元。既能用与素混凝土也能用于钢筋混凝土结构，可以通过rebar来嵌入钢筋。

此混凝土模型能用于任何单元。

1、裂纹控制

Abaqus中的混凝土弥散裂纹模型不是跟踪单个的宏观裂纹，产生裂纹后各个计算点都是独立的，裂纹的影响只针对某个积分点的应力和关联的刚度。产生裂纹后，还是要承担一部应力的，而不是像宏观裂纹产生后完全失去承载能力。

2、拉伸行为

A、弹性阶段：混凝土的弹性阶段是线性变化的，与钢筋之间是独立的，仅通过界

面的一些滑移和销钉作用关联起来。

B、失效后的抗拉刚度：在混凝土在拉伸作用下失效后，钢筋的作用突出，这时用

Tension stiffening选项来描述混凝土开裂后的后续行为，它也反应了开裂后与

钢筋的关系，而钢筋对其的影响依赖与钢筋的密度、两者之间的粘结质量以及

网格划分大小与混凝土截面与钢筋截面大小的关系。开裂后两者是独立的，只

有在计算点他们才是关联的。这个选项是必须和*concrete一起使用的。其类型

有两种，下面讲到。

C、失效后混凝土的保持力：用Cracked shear retention定义混凝土的破裂后的保持

力，它只需要定义一个影响系数乘以在为破坏时的弹性剪切模量，即可得到新的剪切模量，也就使得破坏后的剪切刚度线性的减小。

3、压缩行为

当主应力分量是压缩应力时，混凝土的的响应用等效压力和Mises等效偏斜应力表示的屈服面来表达，并用关联塑性和各向同性硬化来简化，假设了当变形超出极限应力点时弹性响应不受非弹性变形的影响，这和实际是不符的。另外在混凝土处于很大的压应力时所表现出来的非弹性响应并没有在模型中表达出来，而这些简化却能大大的提高了计算的效率。

A、单轴行为：持续加载，当达到极限应力时，材料失去了强度，而当进入到非弹

性阶段后产生了非弹性应变，这会损伤混凝土的弹性性质，而这在弥散模型中被忽略了。

B、多轴行为：通过失效面和应力空间流动的概念把单轴行为推广。

C、失效面（可选）：用*Failure ratios定义，也可选择加入温度和场的数据。

4、在abaqus中的定义

A、用*concrete定义混凝土选用的模型，数据行包括抗压应力、塑性应变，塑性

应变必须从0开始；

B、*tension stiffening：用于模拟混凝土和钢筋之间的交互关系。

*tension stiffening，dependencies=##，type=##

Type类型有两种：

Type=strain（缺省）：通过直接定义混凝土开裂后的应力－应变曲线来描述混凝土裂后特性；

数据行：混凝土的剩余应力与开裂时应力之比，直接应变减去开裂应变的绝对值，温度，第一场变量，，，，第五场变量

Type=displacement：通过位移来解释混凝土开裂后的特性

数据行：开裂后混凝土丧失强度时的位移，温度，第一场变量，，，，第五场变量

C、*failure ratio：定义模型破坏面形状

数据行：（双轴极限压应力与单轴极限压应力之比（默认1.16），单轴极限拉应力与单轴极限压应力之比的绝对值（默认0.09），双轴极限压应力对应的塑性应变主分量与单轴极限压应力对应的塑性应变之比（默认为1.28），平面应变状态下开裂时受拉主应力与单轴拉应力之比（默认为1/3））

D、*shear retention（可选）：开裂表面混凝土抗剪模量是穿越裂缝的受拉应变函数

数据行：e-close,e-max,,,温度，第一场变量，，第三场变量

二、混凝土损伤塑性模型

混凝土损伤塑性模型是使用各向同性损伤弹性结合各向同性拉伸和压缩塑性模式来表示混凝土的非弹性行为。可用于各种单元和结构中，也可用于素混凝土和钢筋混凝土，能通过rebar 在其中嵌入钢筋，能用于单向加载、循环加载和动力加载等场合，且有良好的收敛性。允许用户控制在循环加载下的回弹能力，允许定义应变的敏感系数等。该模型是基于塑

性的连续的损伤模型，它假定混凝土的两个主要机械行为是拉断和压碎，分别由pl t ε

和pl c ε 控制。

但梁单元中B31, B31H, B32, B32H, B33, 和B33H 不能使用此模型。而开口截面单元能使用此混凝土模型。

1、 单轴拉伸和压缩行为

如图：

2、 单轴循环加载行为

如图：

3、多轴行为

4、钢筋：钢筋可以通过rebar嵌入，也可以用embedded嵌入，其中rebar只能用于

abaqus/standard模块下的单元，而embedded则只能将其他单元嵌入到solid单元里。在钢筋混凝土内，钢筋是用杆单元模拟的，与混凝土的关系是独立的，仅通过界面的滑移和销钉作用联系，而且用tension stiffening来定义两者的关系。

5、在abaqus中的定义

A、*concrete tension stiffening，type=###，dependencies=###：定义混凝土收来开裂后的特性

Type=strain（缺省）：通过开裂后的整个应力－开裂应变关系定义混凝土开裂后特性Type=displacement：混凝土开裂后的特性实通过应力－开裂位移关系来反映的；Type=gfi：根据破坏荷载与开裂能量的关系来反映混凝土开裂后的特性。

B、*concrete compression hardening：定义混凝土在强化阶段的属性，定义素混凝土当超出弹性范围时，用一个非弹性的应变来代替塑性应变。

数据行：抗压屈服应力，非弹性压碎应变，非弹性压碎应变率，温度，第一场变量，第二场变量，，第四场变量