钢筋混凝土叠合结构二次受力过程数值分析

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发布时间：2021-09-12

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钢筋混凝土叠合结构二次受力过程数值分析
孙冰1,2a，丁德馨1,2b，曾晟，石建军2
(1．中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙410083；
2．南华大学a．城市建设学院；b．核资源与安全工程学院，湖南衡阳421001)
摘要：二阶段制造和二次受力是叠合结构的关键特征。基于ABAQUS软件，考虑钢筋和混凝土材料本构关
系的非线性，定义了联结单元分析钢筋与混凝土之间的粘结滑移关系，确定了切向弹簧单元和主、被动接触表
面分析新旧混凝土叠合面之间的粘结滑移关系，通过初始条件定义施加预应力形成初始应力场，引入生死单元
模拟叠合结构的二阶段制造和二次受力过程。通过数值分析，验证有限元分析方法的正确性和可靠性，为叠合
结构在实际工程中的应用以及其有限元分析提供参考。
关键词：叠合结构；二次受力；有限元分析；粘结滑移；生死单元
中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：1672—7037(2008)04—0260—04
叠合结构的两阶段制造和二次受力，使其兼
有现浇结构和装配式结构的优点。其现浇部分和
预制部分共同工作，与混凝土装配式结构相比，
加强了结构的整体刚度、增强了抗震能力。但该
结构在工程中的应用并不理想，主要原因是构件
的工程质量、结构性能检验方法和二次受力机理
的研究远不能满足工程实践需要。因此，二次受
力过程的分析和研究有助于进一步解释其力学特
性。本文在实验的基础上，基于ABAQUS对叠
合结构的实际受力情况进行数值模拟分析。研究
表明，模拟与试验结果比较吻合，为叠合结构的
应用与研究提供参考。
1 接触模型
1．1 新旧混凝土之间的接触
新旧混凝土采用弹塑性弥散裂缝模型，二者
之间的相互作用采用主控．被控接触面。计算时新
旧混凝土之间满足接触位移和接触力边界条件，
即在相互挤压作用时，沿法向不发生相互嵌入和
重叠现象；同时在接触点对上满足法向正压力大
小相等，方向相反，而沿切向的可能接触力条件
则取决于摩擦力模型，本文采用经典库仑摩擦定
律。计算采用的接触模型如图1，其中P为接触
点对上的接触压力，h为两接触面之间在该点处
的相对滑移，c为初始接触间距，P。特征接触力。
当两接触面处于张开状态，接触压力为零，而随
着叠合面之间靠近并相互挤压，则接触压力呈指
数函数关系增大。通过合理选择c和P。值，可实
现接触面之间的张开与闭合力学行为光滑平顺过
渡，同时控制接触面间的可能嵌入深度为可接受
的微量。从而保证在非线性计算中的精度要求和
收敛效率。
▲P
，
一一
图1 接触压力一嵌入关系模型
基于线性库仑摩擦定律模拟混凝土材料界面
间可能的静、动摩擦行为，在静摩擦范围内，剪
应力彳与剪应变成正比，一旦滑动，采用库仑
定律确定，即： = ,up 。
1．2 钢筋与混凝土之间的相互作用
钢筋混凝土有限元分析有分离式、嵌入式和
分布式三种模型，研究表明分离式模型能更准确
的模拟钢筋与混凝土之间的相互作用关系I1】。本
文建立了分离式滑移模型，即混凝土单元内部嵌
入钢筋，并在钢筋与混凝土之间设置联结单元，