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：2022-07-11

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摘要：二阶段制造和二次受力是登合结构的关键特征。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
面分析新旧混凝土登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，为登合
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
当两接触面处于张开状态，接触压力为零，而随
有现浇结构和装配式结构的优点。其现浇部分和
着叠合面之间靠近并相互挤压，则接触压力呈指
预制部分共同工作，与混凝土装配式结构相比，
数函数关系增大。通过合理选择c和 p 值，可实
加强了结构的整体刚度、增强了抗震能力。但该
现接触面之间的张开与闭合力学行为光滑平顺过
结构在工程中的应用并不理想，主要原因是构件
渡，同时控制接触面间的可能嵌入深度为可接受
的工程质量、结构性能检验方法和二次受力机理
的微量。从而保证在非线性计算中的精度要求和
的研究远不能满足工程实践需要。因此，二次受
收敛效率。
力过程的分析和研究有助于进一步解释其
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。
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1 接触模型
1.1 新旧混凝土之间的接触
图 1 接触压力一嵌入关系模型
新旧混凝土采用弹塑性弥散裂缝模型，二者
基于线性库仑摩擦定律模拟混凝土材料界面
之间的相互作用采用主控-被控接触面。计算时新
间可能的静、动摩擦行为，在静摩擦范围内，剪
旧混凝土之间满足接触位移和接触力边界条件，
应力：与剪应变y成正比，一旦滑动，采用库仑
即在相互挤压作用时，沿法向不发生相互嵌入和
定律确定，即：T=Hp。
重叠现象；同时在接触点对上满足法向正压力大
1.2 钢筋与混凝土之间的相互作用
小相等，方向相反，而沿切向的可能接触力条件
钢筋混凝土有限元分析有分离式、嵌入式和
则取决于摩擦力模型，本文采用经典库仑摩擦定
分布式三种模型，研究表明分离式模型能更准确
律。计算采用的接触模型如图 1，其中 p 为接触
的模拟钢筋与混凝土之间的相互作用关系Ⅲ。本
点对上的接触压力，h 为两接触面之间在该点处
文建立了分离式滑移模型，即混凝土单元内部嵌
的相对滑移，c 为初始接触间距，p°特征接触力。
入钢筋，并在钢筋与混凝土之间设置联结单元，