钢骨超高强混凝土结构数值模拟

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发布时间：2022-07-07

资料介绍

（1.天津铁道职业技术学院建筑工程系，天津 300240；2.大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，大连 116024)
【摘要】钢骨超高强混凝土结构应用越来越广泛,国内外已经对钢骨超高强混凝土结构性能的研究大量
开展,有限元数值模拟作为试验研究的重要辅助手段,有必要开展钢骨超高强混凝土结构的数值模拟,本文介绍
了如何采用ANSYS软件对钢骨超高强混凝土结构进行模拟,讨论了模拟过程中需要注意的问题。
【关键词】钢骨超高强混凝土；ANSYS；数值模拟
【中图分类号】 TU528.31
【文献标识码】B
【文章编号】 1001 -6864(2010)10-0026-03
钢骨超高强混凝土以其强度高、耐久性好、抗震性
2.1 混凝土模型
能好等优点越来越受青睐,在许多高层、大跨结构中得
ANSYS提供了一种特殊的单元 Solid65,专门用于
到广泛应用。有限元数值模拟作为试验的重要辅助手
模拟混凝土和岩石材料。Solid65 单元有8个节点,每
段,对钢骨超高强混凝土数值模拟也需要深入的研究。
个节点都具有沿 X、Y、Z 三个方向的自由度。该单元
1 钢骨超高强混凝土有限元模型
具有塑性变形、蠕变的特性,能够在三个正交方向上模
钢骨混凝土结构有限元分析跟其它固体材料的
拟混凝土开裂以及压碎。此单元很形象地描述了混凝
有限元分析在原理与方法上是相同的。但又有其特殊
土的带裂缝工作性能,与实际情况较接近。Solid65 单
性。钢骨混凝土结构由型钢、钢筋与混凝土三种不同
元在普通8节点三维等参元的基础上增加了针对混凝
材料组成,型钢混凝土结构的材料本构关系具有特殊
土材料的三维强度准则( William Wamke 五参数准则）
性和复杂性。一般钢筋混凝土结构的有限元模型主要
和由弥散钢筋单元组成的整体式钢筋模型,它可以在
有三种方式:分离式、组合式、整体式模型。目前在型
三维空间分别设定钢筋的位置、角度、配筋率等参数。
钢混凝土结构中应用较多的是整体式和分离式模型。
单元的几何形状和节点其单元形状如图 1。
1.1 整体式模型
当钢筋在结构中分布比较均匀,且认为钢筋与混
凝土之间无相对滑移时,可以采用整体式模型。该模
型认为钢筋弥散于整个单元中,把钢筋混凝土单元视
为一个综合的整体单元,适用于各种平面单元。整体
式模型单元划分灵活，由于整体考虑钢筋和混凝土的
贡献,模型计算效率高，收敛速度快，但是不能合理刻
画出钢筋和混凝土之间的粘结作用。
1.2 分离式模型
图1 Solid65-混凝土单元
分离式模型是把钢筋和混凝土分别作为不同的
Solid65 单元的基本属性主要有以下5方面：
单元来处理,采用这种方法可以将钢筋作为线形单元
（1）每个单元有2x2x2个高斯积分点,所有
来处理,可以大大减少单元数目,同时避免在钢筋与混
材料性能分析都是基于高斯积分点来进行的。
凝土交界处使用很多过渡单元。如果考虑钢筋、型钢
（2）用弹性或弹塑性模型描述材料受压行为。
与混凝土之间的粘结滑移，在钢筋、型钢与混凝土之间
（3）破坏面是由应力空间决定，当应力达到破
可以插人联结单元,用来模拟钢筋与混凝土之间的粘
坏面时,就判定出现压碎或开裂。
结和滑移的。如果认为钢筋、型钢与混凝土之间粘结
(4) 可以使用整体式钢筋模型,将钢筋弥散在
很好，没有相对滑移，可以不用联结单元,在型钢和混
混凝土单元中。
凝土交界处,采用钢筋、型钢单元和混凝土单元采用共
（5）使用弥散固定裂缝模型,每个高斯积分点
节点方式,协同工作。
上最多有三条相互垂直的裂缝。
2 单元模型
2.2 钢筋和型钢单元。