鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損傷及其數(shù)值模擬方法.pdf

1、作為一種新興的研究方法,損傷理論已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于材料的力學(xué)特性退化和損傷行為研究.在對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確把握的基礎(chǔ)上,通過(guò)引入損傷變量對(duì)微觀破壞過(guò)程進(jìn)行描述,連續(xù)損傷力學(xué)可以準(zhǔn)確的對(duì)工程結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè).在過(guò)去三十年中,我們目睹了損傷力學(xué)的快速發(fā)展,也認(rèn)識(shí)到了它在混凝土結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域的廣闊前景,因此,該文試圖通過(guò)基于損傷力學(xué)的數(shù)值分析方法,對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的工作性能利損傷過(guò)程進(jìn)行模擬.自從上個(gè)世紀(jì)60年代末開(kāi)始,Ngo和S

2、cordelis以及Rashid已經(jīng)開(kāi)始將數(shù)值分析方法應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂分析當(dāng)中.在前者的工作中,當(dāng)單元節(jié)點(diǎn)力超過(guò)限值后,便會(huì)在該節(jié)點(diǎn)形成新的邊界并且重新劃分網(wǎng)格(離散裂縫模型);而在后者的方法中,裂縫被形象的標(biāo)記在了積分點(diǎn)上,一旦某個(gè)積分點(diǎn)的值達(dá)到限值,便會(huì)退出工作,但是有限元域的連續(xù)性被保留了下來(lái)(彌散裂縫模型).正是彌散裂縫模型的上述特性,使得連續(xù)損傷力學(xué)可以與之緊密的結(jié)合,并應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)的剛度退化和開(kāi)裂損傷過(guò)程的模擬.從

3、數(shù)值分析的角度上來(lái)說(shuō),這種結(jié)合避免了裂縫分析過(guò)程中,離散有限元求解域的種種限制,給出更加符合通用有限元程序的求解過(guò)程.該文的主要目的在于,給出一個(gè)可以描述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自裂縫產(chǎn)生開(kāi)始,直到裂縫聚合形成大范圍損傷,并最終破壞的有限元方法.同時(shí)開(kāi)發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)下述要求的有限元結(jié)構(gòu)分析軟件:1.將非局部損傷模型應(yīng)用于結(jié)構(gòu)數(shù)值分析之中,避免由于網(wǎng)格敏感性和應(yīng)變局部化問(wèn)題得到失實(shí)的應(yīng)變和損傷模擬結(jié)果,同時(shí)針對(duì)不同尺度的待分析結(jié)構(gòu),考慮尺寸效應(yīng)對(duì)損傷變

4、量的影響;2.采用彌散裂縫模型對(duì)結(jié)構(gòu)單元的開(kāi)裂和損傷過(guò)程進(jìn)行初步定位,并且無(wú)需對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行過(guò)多處理;3.將通常采用的鋼筋桿單元與粘結(jié)單元進(jìn)行靜力凝聚,在不增加有限元分析規(guī)模的前提下,考慮鋼筋和粘結(jié)滑移效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的影響.為了實(shí)現(xiàn)上述的目標(biāo),該文準(zhǔn)備了大量考慮鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損傷模擬的算例,其中包括混凝土軸拉試件模擬,尺寸效應(yīng)模擬以及四點(diǎn)受彎鋼筋混凝土梁模擬.通過(guò)對(duì)這些分析結(jié)果的研究,證實(shí)了該文有限元程序的有效性和準(zhǔn)確性.同時(shí),在實(shí)現(xiàn)此