钢筋混凝土纯扭构件的非线性有限元分析

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发布时间：2021-09-12

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钢筋混凝土纯扭构件的非线性有限元分析
刘宝兴，邵永健，杨文成
(苏州科技学院，215011)
摘要：为研究钢筋混凝土构件在扭矩作用下的受力性能，利用有限元软件ABAQUS建立了3个钢筋混凝土
纯扭构件的有F~-,-L模型，分别以截面尺寸和配箍率为研究参数，对其受力全过程进行非线性数值模拟。有限元计算
结果表明：截面尺寸和配箍率是影响钢筋混凝土构件抗扭承载力的重要因素，增大截面尺寸可提高构件的开裂扭矩
和极限扭矩，增加配箍率可延缓裂缝的发展，提高构件的极限扭矩；模拟得到的开裂扭矩、极限扭矩与GB 50O10—
2010(~凝土结构设计规范》的计算公式得出的计算值吻合较好。
关键词：钢筋混凝土；纯扭；有限元；非线性分析
Abstract：In order to study the torsional behavior of reinforced concrete members．three kinds of finite element rood—
els with different parame~rs(including the sectional dimension and stirrup reinforcement ratio、are established to simulate
the pure torsion of the reinforced concrete members by nonlinear finite element analysis software of ABAQUS．The results
show that the section dimension and stirrup reinforcement ratio are the key~ctors for the torsional capacity of reinforced
concrete members．The cracking torque and ultimate torque of the members can be improved with the increasing of section
dimension．Th e development of cracks can be delayed and the ultimate torque of the membe~ can be improved with the
increasing of stirrup reinforcement ratio．rfhe cracking torque and ultimate torque of simulation are in good agreement with
the calculation values got by the formulae of GB 50010- 2010“code for design of concrete structures”．
Key words：Reinforced concrete；Pure torsion；Finite element；Nonlinear analysis
中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：1000-4637(2014)01—70—04
0 前言
钢筋混凝土结构的抗扭研究是一个发展相对
较晚的课题，在国外的研究历史并不长，我国也只
是从20世纪七八十年代才开始进行较为系统的研
究工作。在过去的结构设计工作中，由于钢筋混凝
土结构多采用传统的结构形式，结构的平面及竖向
较规则，相对于结构中的轴力、弯矩和剪力而言，扭
转只是一个次要因素，往往可忽略其对结构的影响
或采用保守的构造措施来处理【。近些年，随着社
会经济和科技的发展，建筑用的各种材料强度也不
断提高，建筑结构向高层、超高层、大跨度方向发展
迅猛，结构的类型和形式也千变万化，各种奇特造
型不时涌现，结构的不规则现象愈来愈严重，以及
伴随着抗震要求的提高，都使得扭转的作用日益凸
显出来。已成为一个不可忽略的重要因素，结构设
计人员必须对其予以高度重视，采用合理的设计方
法来确保结构的安全。因此，对钢筋混凝土构件的
受扭性能进行分析和研究有着重要的现实紧迫性．
同时研究构件纯扭作用下的受力性能，是深入研
究其复合受扭性能和强度计算的基础。本文利用
ABAQUS非线性有限元分析软件建立3个钢筋混
一70一
凝土纯扭构件的有限元模型，对其进行非线性有限
元分析。
1 钢筋混凝土纯扭构件的试件参数
本文共建立了3个编号为RCB⋯1 RCB 3的钢
筋混凝土纯扭构件的有限元模型，分别以截面尺寸
和配箍率为研究参数，对其进行非线性有限元分
析。混凝土强度设计等级为C30，纵向钢筋采用
HRB400．箍筋采用HPB300．混凝土和钢筋的材料
性能指标均按照GB 50010-2010((混凝土结构设计
规范》网取值，各构件的主要设计参数见表1。
表1 构件主要设计参数
2 有限元分析模型的建立和求解
2．1 单元类型选择和网格划分
根据钢筋混凝土结构的特点，对钢筋和混凝土
分别选用不同的单元类型。钢筋采用三维2节点桁
架单元(T3D2)模拟．混凝土采用8节点六面体减缩