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钢管与混凝土抗剪粘结性能的有限元分析

发布于:2016-06-22 17:36
有限元分析

      钢管与核心混凝土之间的粘结问题是钢管混凝土结构最基本的理论问题之一。近20年来,国内外众多学者开始了这方面的试验研究工作,取得了一些重要成果。钢管与混凝土之间的相互作用非常复杂,用纯理论的方法来研究钢管混凝土界面抗剪粘结性能十分困难,采用有限元分析进行钢管混凝土界面抗剪粘结性能的数值模拟是比较经济和有效的方法,有限元分析的关键在于有限元分析模型的确定,包括单元的选取、材料本构关系和破坏准则的确定等,而且,钢管与混凝土两种材料的共同工作的模拟,即钢管与混凝土界面的处理为有限元分析增加了难度。本研究将利用大型有限元分析AppANSYS对界面抗剪粘结性能进行模拟。
      选用ANSYS中的SHELL181壳单元来模拟钢管。钢材的应力—应变曲线按图选取,考虑材料的弹塑性时,使用多线随动强化准则,采用Von Mises屈服准则和相关流动法则。屈服强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比根据钢材的试验结果选取。
      选用ANSYS中的SOLID65三维实体单元模拟混凝土。采用Solid65单元特有的混凝土单元数据来定义混凝土的强度准则,核心混凝土立方体抗压强度、弹性模量、泊松比取试验值。轴心抗压强度fc=0.76fcu,抗拉强度ft=0.26fcu2 /3。双轴抗压强度fcb=1.2fc、静水应力状态下的双轴压缩的极限抗压强度和单轴的极限抗压强度按程序默认值取,即f1=1.45fc,f2=1.725fc,张开裂缝的剪力传递系数t=0.5,闭合裂缝的剪切传递系数c=0.9。采用Willam Warnke五参数破坏准则检查混凝土开裂和压碎。模型       选用Solid65来模拟核心混凝土时,单元Solid65在求解过程中每迭代一次,就需要检验单元是否有开裂现象,是否压碎,且不断对刚度矩阵进行修正。
      关于钢管与混凝土界面的处理选用ANSYS中的接触单元CONTAC173、目标单元TARGE170,在大量计算的基础上,将接触刚度的比例因子取为0.1,核心混凝土与钢材的摩擦系数方钢管混凝土取0.2,圆钢管混凝土取0.3,最大摩擦力取混凝土的抗拉应力。
      网格划分质量的好坏直接影响计算结果的准确性及收速度,同时由于Solid65单元本身是采用弥散裂缝模型和最大拉应力开裂判据,很多情况下会因为应力集中而使混凝土提前破坏,因此,在实际应用过程中应该对单元划分进行有效控制,根据大量的计算,本计算模型只要当最小单元尺寸不小于2cm时,就可以有效的避免应力集中带来的问题,同时考虑要得到合理计算精度和恰当的收敛速度,计算模型单元尺寸均取为2cm。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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