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1、混凝土钢筋混凝土 ABAQUSChina OverviewofABAQUSVersion6 3 内容提纲 介绍无钢筋混凝土力学行为ABAQUS中的混凝土本构模型加强筋 钢 ABAQUS中的应用应用实例 介绍 OverviewofABAQUSVersion6 3 介绍 Motivation 构造两种不同应力状态的混凝土模型 预测混凝土和钢筋混凝土的力学行为1 低压混凝土 静水压力小于三倍单轴单轴压缩失效应力 占主导地位的是混凝土开裂 cracking 的行为大荷载 塑性阶段 次生裂缝行为明显单调荷载 可以包括小的反向加载 但是不能模拟循环加载 OverviewofABAQUSVersion6 3
2、 介绍 2 Modelingthebehaviorofunreinforcedandreinforcedconcretestructures高压 equivalentpressurestressmanytimeslargerthanuniaxialcompressionfailurestress 混凝土的压碎 crushing 是主导行为大荷载 非弹性 单调荷载 循环荷载都可以 OverviewofABAQUSVersion6 3 介绍 典型应用低压应用 典型的结构构件 如带加钢筋混凝土梁 板 柱 剪力墙核反应堆容器高压密封加压失效模拟炮弹对混凝土容器的冲击模拟冰对海岸建筑的冲击模拟 Over
3、viewofABAQUSVersion6 3 介绍 高压应用 地下导弹发射井震动响应模拟水库的混凝土大坝 OverviewofABAQUSVersion6 3 介绍 混凝土容器构造 OverviewofABAQUSVersion6 3 介绍 钢筋混凝土建模 混凝土模型 钢筋模型 混凝土和钢筋的相互作用ABAQUS中分别定义混凝土本构和钢筋的本构关系 Concrete和rebar的相互作用 粘结滑动 bondslip and暗销作用 dowelaction 都可以通过引入拉伸硬化 tensionstiffening 模拟 OverviewofABAQUSVersion6 3 介绍 加强筋 REB
4、AR 选项提供非常全面的几何设计 Rebar可以是单独的筋 也可以是夹层 加强筋和夹层的方向是任意的可以加载初始应力 初始应力可以为 pre tensioned 灌浆前后都可以 也可以为 post tensioned 通常无灌浆 无钢筋混凝土的力学行为 OverviewofABAQUSVersion6 3 无钢筋混凝土的力学行为 混凝土在高压下 三轴 表现出准脆性的行为不同于普通的脆性材料 混凝土可以有非弹性变形 非弹性变形可以比弹性变形大很多混凝土损伤机制 混凝土内部微裂纹和微孔洞的产生和发展在高压 静水压力 下材料的固化和多微孔的结构的坍塌 OverviewofABAQUSVersion6
5、 3 MechanicalBehaviorofPlainConcrete 单轴实验超过某应力水平 concrete表现非线性行为 表现出累积不可恢复的损伤直到发生破坏微裂纹导致应变软化 单轴拉伸MazarsandPijaudier Cabot 1989 单轴压缩KarsanandJirsa 1969 OverviewofABAQUSVersion6 3 MechanicalBehaviorofPlainConcrete 体积膨胀 Volumeincreasethatresultsfromtheformationandgrowthofcracksparalleltothedirectionoft
6、hegreatestcompressivestress Typicalplotofcompressivestressvs axial lateral andvolumetricstrain OverviewofABAQUSVersion6 3 MechanicalBehaviorofPlainConcrete 双轴加载 混凝土失效应力大于单轴状态时的失效强度Underbiaxialcompressiveloading concretestrengthisgreaterthantheoneobservedinuniaxialtests Compressivestressvs straincomp
7、onentsandvolumetricstrainunderbiaxial compressiveloadingKupferetal 1969 OverviewofABAQUSVersion6 3 MechanicalBehaviorofPlainConcrete 混凝土双轴强度包络图 Failuremodesofbiaxiallyloadedconcrete BiaxialstrengthenvelopeofconcreteKupferetal 1969 OverviewofABAQUSVersion6 3 MechanicalBehaviorofPlainConcrete 三轴加载 高压混
8、凝土裂纹扩展被阻止 脆性的特性被柔性硬化的特性代替 Underhighconfiningpressure crackpropagationisprevented Thebrittlebehaviordisappearsandisreplacedbyductilitywithworkhardening TriaxialconcretebehaviorChen 1982 OverviewofABAQUSVersion6 3 MechanicalBehaviorofPlainConcrete 循环加载力学行为塑性和刚度的退化反向加载刚度恢复 单向 Stress deformationcurveund
9、ercyclicloading smallcompressivestress ReinhardtandCornelissen 1984 Stress deformationcurveundercyclicloading largecompressivestress ReinhardtandCornelissen 1984 ABAQUS中的混凝土本构模型 OverviewofABAQUSVersion6 3 ABAQUS中的混凝土本构模型 ABAQUS用连续介质的方法建立描述混凝土模型不采用宏观离散裂纹的方法描述裂纹的水平的在每一个积分点上单独计算低压力混凝土的本构关系Smearedcracki
10、ngmodel ABAQUS Standard Brittlecrackingmodel ABAQUS Explicit 混凝土损伤模型 ABAQUSVersion6 3 高压力混凝土的本构关系Capmodel OverviewofABAQUSVersion6 3 SmearedCrackingModel ABAQUS Standard 用于描述单调应变在材料中表现出拉伸裂纹或者压缩时破碎的行为压缩塑性应变由 塑性压缩屈服面 控制裂纹出现在当应力达到裂纹产生面 crackdetectionsurface 时裂纹是影响材料行为的最关键因素 它将导致开裂以及开裂后的材料的各向异性Keywords
11、CONCRETE TENSIONSTIFFENING SHEARRETENTION and FAILURERATIOS例题 OverviewofABAQUSVersion6 3 CrackingModel ABAQUS Explicit ABAQUS Explicit中脆性破裂模型适用于拉伸裂纹控制材料行为的应用压缩失效不重要此模型考虑了由于裂纹引起的材料各向异性性质材料压缩的行为假定为线弹性 脆性断裂准则可以使得材料在拉伸应力过大时失效Keywords BRITTLECRACKING BRITTLEFAILURE and BRITTLESHEAR OverviewofABAQUSVersio
12、n6 3 ConcreteDamagedPlasticity ABAQUSVersion6 3 适用于混凝土的各种荷载分析单调应变 循环荷载 动力载荷 标量损伤模型 各向同性 包含拉伸开裂 cracking 和压缩破碎 crushing 此模型可以模拟硬度退化机制以及反向加载刚度恢复的混凝土力学特性Keywords CONCRETEDAMAGEDPLASTICITY CONCRETETENSIONSTIFFENING CONCRETECOMPRESSIONHARDENING CONCRETETENSIONDAMAGE CONCRETECOMPRESSIONDAMAGE OverviewofAB
13、AQUSVersion6 3 CapModel 此模型最初于黏土材料在Drucker Prager剪切失效模型加了一个 cap Cap的作用约束模型的静水压力当材料剪切屈服时帮助控制体积膨胀这些特性使得 cap 模型适用于受到高压的混凝土静水压力别单轴压缩强度大很多这不包括任何表示拉伸裂纹 cracking 和压缩破碎 Crushing 的行为因此只适用于收到高压的混凝土 Keywords CAPPLASTICITYand CAPHARDENING 加强筋 钢 在ABAQUS中的应用 OverviewofABAQUSVersion6 3 加强筋 钢 在ABAQUS中的应用 definereba
14、rinbeamelements Isoparametricrebarinthree dimensionalmembrane shellelements SkewRebarinthree dimensionalshell membraneelements Definerebarinaxisymmetricshell membraneelements Definealayerofuniformlyspacedrebarincontinuumelements skew ISOPARAMETRIC OverviewofABAQUSVersion6 3 Reinforcement Wesummarize
15、heresomeofthenewfunctionalityinABAQUSVersion6 3formodelingreinforcementofstructuralandcontinuumelements AnumberofimprovementshavebeenmadetosimplifyrebardefinitionandproviderebarvisualizationinABAQUS CAE Anew REBARLAYERoptionisintroducedtodefineoneormultiplelayersofreinforcementinmembrane shell orsur
16、faceelements Thisoptionmustbeusedinconjunctionwiththe MEMBRANESECTION the SHELLSECTION orthe SURFACESECTIONoption OverviewofABAQUSVersion6 3 Reinforcement 使用 REBARLAYER选项简化了rebar在 continuum elements中的定义 使用 EMBEDDEDELEMENT选项在主体continuumelements中埋入一组membrane或者surface单元作为夹层Usage EMBEDDEDELEMENT HOSTELSET solid set namememb set nameorsurf set name embeddedsurfaceelementswithrebar hostcontinuumelements OverviewofABAQUSVersion6 3 Reinforcement Membrane单元不必与实体单元网格划分一致Membrane单元的节点自动约束到主体的实体单元的节点上Surfac
