少筋混凝土结构断裂有限元分析

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钢筋混凝土结构作为目前土木建筑工程中应用最为广泛的一种结构,是由混凝土和钢筋两种材料组合而成的,因此,其力学性能依赖于这两种材料的力学性能。混凝土材料极其复杂的物理力学性能,使钢筋混凝土结构的性能变得更为复杂。混凝土裂缝失稳扩展前,裂纹尖端将存在着一带软化特性的、粘结力随张开位移的增大而减小的断裂过程区。在应用有限元分析适筋混凝土结构时,通常不考虑断裂过程区内混凝土内力的传递,而且在混凝土裂缝的处理上,很少采用断裂力学的方法。适筋混凝土结构破坏时,它的裂缝不但会出现多条,并且裂缝的位置和方向不能预先知道,若用断裂力学的有限元分析方法,可以想象它是非常复杂的。当前,断裂力学研究比较多的是单一裂缝的发展,对于处理成批的裂缝,还有许多工作要做。少筋混凝土结构破坏时,裂缝往往出现一条,具有脆性破坏的性质。本文将对少筋混凝土结构断裂问题进行断裂力学的有限元分析,主要研究内容如下:(1)建立钢筋对混凝土作用的模型,把钢筋对混凝土的作用力假想为一对集中力,钢筋位于混凝土弹性区时,认为钢筋与混凝土之间连为一体;当钢筋与混凝土裂纹相遇时,考虑钢筋与混凝土之间存在脱粘的部分段。 (2)根据直线形的混凝土拉应变软化曲线,在过程区各节点上设置无体积、无长度的虚拟弹簧,用弹簧来模拟混凝土断裂过程区应力的传递。以混凝土的抗拉强度ft和临界裂纹尖端张开位移(CTODc)作为控制参数,结合有限元法,对少筋混凝土梁三点弯曲断裂的全过程进行了模拟。 (3)通过改变钢筋配筋率的大小,得到不同配筋率下结构荷载一位移曲线,探究钢筋配筋率的大小对裂缝扩展的影响。 从少筋混凝土梁断裂模型的建立,到有限元分析,本文较为系统的对断裂过程进行了理论和实践上的研究。有限元程序结果也表明了本文模型对于实际的工程设计具有一定的理论参考价值。
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