不同应变速率下高强混凝土裂缝数值分析

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发布时间：2021-09-06

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不同应变速率下高强混凝土裂缝数值分析
刘录良
(河北工业大学土木工程学院。天津300401)
【摘要】基于C50混凝土在不同应变速率下的单轴抗压试验结果，利用ANSYS软件中的Solid65单元建立
混凝土试件的有限元计算模型，较真实的模拟混凝土在四种不同应变速率下由开裂到破坏的变化情况，通过程序
计算得出混凝土试件的裂缝发展图和混凝土试件的破坏形态，探究混凝土的破坏机理，为进一步研究混凝土的力
学性能提供设计理论依据。
【关键词】混凝土；应变速率；有限元分析；ANSYS
【中图分类号】TU528．31 【文献标识码】B 【文章编号】1001—6864(2013)02—0006—03
NUM[ERICAL SIMULATIoN oF HIGH STRENGTH CONCRE IE
CRACK UNDER DⅡ FERENT STRAIN RATE
LIU Lu—liang
(School of Civil Engi．，Hebei Univ．of Technology，Tianjin 300401，China)
Abstract：Based on the single axis anti—pressure test results of C50 concrete under diferent strain
rate，by using Solid65 unit of ANSYS finite element program，finite element calculation model of concrete
specimen is established．The evolution of crack patterns and failure mode of concrete are investiga—
ted．Crack development and failure modes of concrete specimen is established through the program calcu—
lates to explore the mechanism of concrete destruction．This paper can provide further research and design
theory of concrete on mechanical properties．
Key words：concrete；strain rate；finite element analysis；ANSYS
混凝土在实际工程中得到了广泛应用，例如；用
混凝土建成的水坝和路面；用钢筋混凝土建造的房
屋，桥梁，海洋石油平台，核电站安全壳等等；在这些
结构的设计和研究中，有限元方法得到了越来越多的
应用。1967年Ngo和Scorcleli最早把有限元方法用于
混凝土结构的分析，至今混凝土的数值计算方法得到
了快速的发展，混凝土的开裂，混凝土的非线性多轴
应力应变关系，钢筋与混凝土之间的相互作用等比较
复杂的因素都可以用有限元方法进行分析，通过数值
模拟可以大大减少试验工作量，在模拟混凝土的内部
断裂，界面破坏等问题上能够清楚的得到混凝土内部
微裂缝的发展过程，可以更好的揭示问题的内在机理。
文中利用ANSYS软件分析C50混凝土在应变速
率为1 X 10一／s、1 X 10～／s、1×10～／s、1×10 ／s(相
当于8mm／6OOs、8mm／60s、8mm／6s、8mm／O．6s)不同应
变速率下的裂缝变形特性，取1×10 ／s为准静态应
变率。
1 有限元模型建立与网格划分
文中有限元分析采用的试件为70ram X 70mm X
200ram的棱柱体。ANSYS主要提供了三种网格划分
方式：自由网格划分(Free)，映射网格划分(Mapped)
和扫略网格划分(Sweep)，自由网格划分(Free)对于
复杂形状边界采用此种方法，优点是用于划分形状不
规则区域，缺点是分析精度低。映射网格划分
(Mapped)分析精度高，但是对划分区域要求高，划分
区域必须具有一定的拓扑条件。因为采用自由网格
划分容易导致ANSYS计算不收敛，而映射网格划分分
析精度高，划分单元数量可多可少，不会产生畸变单
元，并且在ANSYS求解过程中映射网格划分比自由网
格划分操作简单，所以文中研究的混凝土模型采用映
射网格划分。混凝土有限元模型采用映射网格划分
共有27个Solid65单元，试件的单元划分如图1所示。
2 计算过程
在实体建模过程中，为取得可靠计算结果，须保
证位移和力学边界条件是正确的，混凝土试件加载时
底部为固定支座，顶部为均布荷载面。为消除计算中
的应力奇异现象，可以在试件的约束支座处或者是集
中力处加刚性垫块，可以采用Solid45单元模拟垫块，