ABAQUS在土木工程的应用
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Keywords: *CONCRETE DAMAGED PLASTICITY *CONCRETE TENSION STIFFENING *CONCRETE COMPRESSION HARDENING *CONCRETE TENSION DAMAGE *CONCRETE COMPRESSION DAMAGE
Compressive stress vs. strain components and volumetric strain under biaxial-compressive loading
Kupfer et al. (1969)
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
Mechanical Behavior of Plain Concrete
三轴加载：
高压混凝土裂纹扩展被阻止。脆性的特性被柔性硬化的特性代替。 Under high confining pressure, crack propagation is prevented. The brittle behavior disappears and is replaced by ductility with work hardening.
Keywords: *CAP PLASTICITY and *CAP HARDENING
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
加强筋(钢) 在ABAQUS中的应用
加强筋(钢)在ABAQUS中的应用
define rebar in beam elements:
Isoparametric rebar in three-dimensional membrane/shell elements:
Reinhardt and Cornelissen (1984)
.
Stress-deformation curve under cyclic loading (large compressive stress)
Reinhardt and Cornelissen (1984)
Overview of ABAQUS Version 6.3
高压 (equivalent pressure stress many times larger than uniaxial compression failure stress) 混凝土的压碎(crushing) 是主导行为
大荷载 (非弹性) 单调荷载、循环荷载都可以
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
混凝土损伤模型 (ABAQUS Version 6.3)
高压力混凝土的本构关系
Cap model
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
Smeared Cracking Model (ABAQUS/Standard)
用于描述 单调应变 在材料中表现出拉伸裂纹或者压缩时破碎的行为 压缩塑性应变由“塑性压缩屈服面”控制 裂纹出现在当应力达到 裂纹产生面“crack detection surface”时
cracks parallel to the direction of the greatest compressive stress.
Typical plot of compressive stress vs. axial, lateral, and volumetric strain
. Overview of ABAQUS Version 6.3
混凝土双轴强度包络图
Biaxial strength envelope of concrete
Kupfer et al. (1969)
Failure modes of biaxially loaded concrete
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
Mechanical Behavior of Plain Concrete
混凝土 钢筋混凝土
ABAQUS
内容提纲
介绍
无钢筋混凝土力学行为
ABAQUS中的混凝土本构模型 加强筋(钢)ABAQUS中的应用 应用实例
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
介绍
介绍
Motivation: 构造两种不同应力状态的混凝土模型，预测混凝土和钢 筋混凝土的力学行为
Mechanical Behavior of Plain Concrete 双轴加载：混凝土失效应力大于单轴状态时的失效强度
Under biaxial compressive loading, concrete strength is greater than the one observed in uniaxial tests.
Triaxial concrete behavior
Chen (1982)
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
Mechanical Behavior of Plain Concrete
循环加载力学行为
塑性和刚度的退化
反向加载刚度恢复 (单向)
Stress-deformation curve under cyclic loading (small compressive stress)
裂纹是影响材料行为的最关键因素，它将导致开裂以及开裂后的材料的各 向异性 Keywords: 例题
. Overview of ABAQUS Version 6.3
*CONCRETE, *TENSION STIFFENING, *SHEAR RETENTION, and *FAILURE RATIOS
.
单轴拉伸
Mazars and Pijaudier-Cabot (1989)
Overview of ABAQUS Version 6.3
Mechanical Behavior of Plain Concrete
体积膨胀: Volume increase that results from the formation and growth of
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
Cap Model
此模型最初于黏土材料
在Drucker-Prager剪切失效模型加了一个“cap”
Cap的作用
约束模型的静水压力 当材料剪切屈服时帮助控制体积膨胀
这些特性使得“cap”模型适用于受到高压的混凝土
静水压力别单轴压缩强度大很多 这不包括任何表示拉伸裂纹（cracking）和压缩破碎(Crushing)的 行为 因此只适用于收到高压的混凝土.
Cracking Model (ABAQUS/Explicit)
ABAQUS/Explicit中脆性破裂模型 适用于拉伸裂纹控制材料行为的应用 压缩失效不重要 此模型考虑了由于裂纹引起的材料各向异性性质
材料压缩的行为假定为线弹性.
脆性断裂准则可以使得材料在拉伸应力过大时失效
Keywords: *BRITTLE CRACKING, *BRITTLE FAILURE, and *BRITTLE SHEAR
1：
低压混凝土 (静水压力小于三倍单轴单轴压缩失效应力) ，占主导地位的是混凝土开裂（cracking）的行为 大荷载 (塑性阶段) ，次生裂缝行为明显 单调荷载（可以包括小的反向加载，但是不能模拟循环 加载）
. Overview of ABAQUS Version 6.3
介绍
2：Modeling the behavior of unreinforced and reinforced concrete structures
Skew Rebar in three-dimensional shell/ membrane elements: Define rebar in axisymmetric shell/ membrane elements: Define a layer of uniformly spaced rebar in continuum elements (skew/ ISOPARAMETRIC)
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
Reinforcement
We summarize here some of the new functionality in ABAQUS Version 6.3 for modeling reinforcement of structural and continuum elements. A number of improvements have been made to simplify rebar definition and provide rebar visualization in ABAQUS/CAE. A new *REBAR LAYER option is introduced to define one or multiple layers of reinforcement in membrane, shell, or surface elements. This option must be used in conjunction with the *MEMBRANE SECTION, the *SHELL SECTION, or the *SURFACE SECTION option.
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
Concrete Damaged Plasticity (ABAQUS Version 6.3)
适用于混凝土的各种荷载分析 单调应变, 循环荷载, 动力载荷. 标量损伤模型 (各向同性) ， 包含拉伸开裂(cracking)和压缩破碎(crushing). 此模型可以模拟硬度退化机制以及反向加载刚度恢复的混凝土力学 特性
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
介绍
混凝土容器构造
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
介绍
钢筋混凝土
建模：混凝土模型＋钢筋模型＋混凝土和钢筋的相互作用
ABAQUS中分别定义混凝土本构和钢筋的本构关系。 Concrete和rebar 的相互作用，粘结滑动(bond slip) and 暗销作用(dowel action)都可以通过引入拉 伸硬化(tension stiffening)模拟
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
介绍
加强筋（REBAR）选项提供非常全面的几何设计： Rebar可以是单独的筋，也可以是夹层，加强筋和夹层 的方向是任意的
可以加载初始应力，初始应力可以为“pre-tensioned” (灌浆前后都可以) 也可以为“post-tensioned” (通常无灌 浆).
介绍
典型应用
低压应用: 典型的结构构件, 如带加钢筋混凝土梁、 板、柱、剪力墙 核反应堆容器高压密封加压失效模拟 炮弹对混பைடு நூலகம்土容器的冲击模拟 冰对海岸建筑的冲击模拟
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
介绍
高压应用:
地下导弹发射井震动响应
模拟水库的混凝土大坝
ABAQUS中的混凝土本 构模型
ABAQUS中的混凝土本构模型
ABAQUS 用连续介质的方法建立描述混凝土模型 不采用宏观离散裂纹的方法描述 裂纹的水平的在每一个积分点上单独计算
低压力混凝土的本构关系
Smeared cracking model (ABAQUS/Standard)
Brittle cracking model (ABAQUS/Explicit)
. Overview of ABAQUS Version 6.3
Mechanical Behavior of Plain Concrete
单轴实验
超过某应力水平, concrete 表现非线性行为, 表现出 累 积不可恢复的损伤 直到发生破坏
微裂纹导致应变软化
单轴压缩
Karsan and Jirsa (1969)
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
无钢筋混凝土 的力学行为
无钢筋混凝土的力学行为
混凝土在高压下（三轴）表现出准脆性的行为
不同于普通的脆性材料, 混凝土可以有非弹性变形，非弹性变形可以比弹性变形大 很多
混凝土损伤机制: 混凝土内部微裂纹和微孔洞的产生和发展 在高压（静水压力）下材料的固化和多微孔的结构的 坍塌
Compressive stress vs. strain components and volumetric strain under biaxial-compressive loading
Kupfer et al. (1969)
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
Mechanical Behavior of Plain Concrete
三轴加载：
高压混凝土裂纹扩展被阻止。脆性的特性被柔性硬化的特性代替。 Under high confining pressure, crack propagation is prevented. The brittle behavior disappears and is replaced by ductility with work hardening.
Keywords: *CAP PLASTICITY and *CAP HARDENING
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
加强筋(钢) 在ABAQUS中的应用
加强筋(钢)在ABAQUS中的应用
define rebar in beam elements:
Isoparametric rebar in three-dimensional membrane/shell elements:
Reinhardt and Cornelissen (1984)
.
Stress-deformation curve under cyclic loading (large compressive stress)
Reinhardt and Cornelissen (1984)
Overview of ABAQUS Version 6.3
高压 (equivalent pressure stress many times larger than uniaxial compression failure stress) 混凝土的压碎(crushing) 是主导行为
大荷载 (非弹性) 单调荷载、循环荷载都可以
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Overview of ABAQUS Version 6.3
混凝土损伤模型 (ABAQUS Version 6.3)
高压力混凝土的本构关系
Cap model
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Overview of ABAQUS Version 6.3
Smeared Cracking Model (ABAQUS/Standard)
用于描述 单调应变 在材料中表现出拉伸裂纹或者压缩时破碎的行为 压缩塑性应变由“塑性压缩屈服面”控制 裂纹出现在当应力达到 裂纹产生面“crack detection surface”时
cracks parallel to the direction of the greatest compressive stress.
Typical plot of compressive stress vs. axial, lateral, and volumetric strain
. Overview of ABAQUS Version 6.3
混凝土双轴强度包络图
Biaxial strength envelope of concrete
Kupfer et al. (1969)
Failure modes of biaxially loaded concrete
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
Mechanical Behavior of Plain Concrete
混凝土 钢筋混凝土
ABAQUS
内容提纲
介绍
无钢筋混凝土力学行为
ABAQUS中的混凝土本构模型 加强筋(钢)ABAQUS中的应用 应用实例
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
介绍
介绍
Motivation: 构造两种不同应力状态的混凝土模型，预测混凝土和钢 筋混凝土的力学行为
Mechanical Behavior of Plain Concrete 双轴加载：混凝土失效应力大于单轴状态时的失效强度
Under biaxial compressive loading, concrete strength is greater than the one observed in uniaxial tests.
Triaxial concrete behavior
Chen (1982)
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
Mechanical Behavior of Plain Concrete
循环加载力学行为
塑性和刚度的退化
反向加载刚度恢复 (单向)
Stress-deformation curve under cyclic loading (small compressive stress)
裂纹是影响材料行为的最关键因素，它将导致开裂以及开裂后的材料的各 向异性 Keywords: 例题
. Overview of ABAQUS Version 6.3
*CONCRETE, *TENSION STIFFENING, *SHEAR RETENTION, and *FAILURE RATIOS
.
单轴拉伸
Mazars and Pijaudier-Cabot (1989)
Overview of ABAQUS Version 6.3
Mechanical Behavior of Plain Concrete
体积膨胀: Volume increase that results from the formation and growth of
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
Cap Model
此模型最初于黏土材料
在Drucker-Prager剪切失效模型加了一个“cap”
Cap的作用
约束模型的静水压力 当材料剪切屈服时帮助控制体积膨胀
这些特性使得“cap”模型适用于受到高压的混凝土
静水压力别单轴压缩强度大很多 这不包括任何表示拉伸裂纹（cracking）和压缩破碎(Crushing)的 行为 因此只适用于收到高压的混凝土.
Cracking Model (ABAQUS/Explicit)
ABAQUS/Explicit中脆性破裂模型 适用于拉伸裂纹控制材料行为的应用 压缩失效不重要 此模型考虑了由于裂纹引起的材料各向异性性质
材料压缩的行为假定为线弹性.
脆性断裂准则可以使得材料在拉伸应力过大时失效
Keywords: *BRITTLE CRACKING, *BRITTLE FAILURE, and *BRITTLE SHEAR
1：
低压混凝土 (静水压力小于三倍单轴单轴压缩失效应力) ，占主导地位的是混凝土开裂（cracking）的行为 大荷载 (塑性阶段) ，次生裂缝行为明显 单调荷载（可以包括小的反向加载，但是不能模拟循环 加载）
. Overview of ABAQUS Version 6.3
介绍
2：Modeling the behavior of unreinforced and reinforced concrete structures
Skew Rebar in three-dimensional shell/ membrane elements: Define rebar in axisymmetric shell/ membrane elements: Define a layer of uniformly spaced rebar in continuum elements (skew/ ISOPARAMETRIC)
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
Reinforcement
We summarize here some of the new functionality in ABAQUS Version 6.3 for modeling reinforcement of structural and continuum elements. A number of improvements have been made to simplify rebar definition and provide rebar visualization in ABAQUS/CAE. A new *REBAR LAYER option is introduced to define one or multiple layers of reinforcement in membrane, shell, or surface elements. This option must be used in conjunction with the *MEMBRANE SECTION, the *SHELL SECTION, or the *SURFACE SECTION option.
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
Concrete Damaged Plasticity (ABAQUS Version 6.3)
适用于混凝土的各种荷载分析 单调应变, 循环荷载, 动力载荷. 标量损伤模型 (各向同性) ， 包含拉伸开裂(cracking)和压缩破碎(crushing). 此模型可以模拟硬度退化机制以及反向加载刚度恢复的混凝土力学 特性
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
介绍
混凝土容器构造
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
介绍
钢筋混凝土
建模：混凝土模型＋钢筋模型＋混凝土和钢筋的相互作用
ABAQUS中分别定义混凝土本构和钢筋的本构关系。 Concrete和rebar 的相互作用，粘结滑动(bond slip) and 暗销作用(dowel action)都可以通过引入拉 伸硬化(tension stiffening)模拟
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
介绍
加强筋（REBAR）选项提供非常全面的几何设计： Rebar可以是单独的筋，也可以是夹层，加强筋和夹层 的方向是任意的
可以加载初始应力，初始应力可以为“pre-tensioned” (灌浆前后都可以) 也可以为“post-tensioned” (通常无灌 浆).
介绍
典型应用
低压应用: 典型的结构构件, 如带加钢筋混凝土梁、 板、柱、剪力墙 核反应堆容器高压密封加压失效模拟 炮弹对混பைடு நூலகம்土容器的冲击模拟 冰对海岸建筑的冲击模拟
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Overview of ABAQUS Version 6.3
介绍
高压应用:
地下导弹发射井震动响应
模拟水库的混凝土大坝
ABAQUS中的混凝土本 构模型
ABAQUS中的混凝土本构模型
ABAQUS 用连续介质的方法建立描述混凝土模型 不采用宏观离散裂纹的方法描述 裂纹的水平的在每一个积分点上单独计算
低压力混凝土的本构关系
Smeared cracking model (ABAQUS/Standard)
Brittle cracking model (ABAQUS/Explicit)
. Overview of ABAQUS Version 6.3
Mechanical Behavior of Plain Concrete
单轴实验
超过某应力水平, concrete 表现非线性行为, 表现出 累 积不可恢复的损伤 直到发生破坏
微裂纹导致应变软化
单轴压缩
Karsan and Jirsa (1969)
.
Overview of ABAQUS Version 6.3
无钢筋混凝土 的力学行为
无钢筋混凝土的力学行为
混凝土在高压下（三轴）表现出准脆性的行为
不同于普通的脆性材料, 混凝土可以有非弹性变形，非弹性变形可以比弹性变形大 很多
混凝土损伤机制: 混凝土内部微裂纹和微孔洞的产生和发展 在高压（静水压力）下材料的固化和多微孔的结构的 坍塌