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)被廣泛的應用于材料的力學特性退化和損傷行為研究.在對材料微觀結(jié)構(gòu)的準確把握的基礎上,通過引入損傷變量對微觀破壞過程進行描述,連續(xù)損傷力學可以準確的對工程結(jié)構(gòu)材料的力學性能發(fā)展進行預測.在過去三十年中,我們目睹了損傷力學的快速發(fā)展,也認識到了它在混凝土結(jié)構(gòu)分析領域的廣闊前景,因此,該文試圖通過基于損傷力學的數(shù)值分析方法,對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的工作性能利損傷過程進行模擬.自從上個世紀60年代末開始,Ngo和S

2、cordelis以及Rashid已經(jīng)開始將數(shù)值分析方法應用于混凝土結(jié)構(gòu)的開裂分析當中.在前者的工作中,當單元節(jié)點力超過限值后,便會在該節(jié)點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,裂縫被形象的標記在了積分點上,一旦某個積分點的值達到限值,便會退出工作,但是有限元域的連續(xù)性被保留了下來(彌散裂縫模型).正是彌散裂縫模型的上述特性,使得連續(xù)損傷力學可以與之緊密的結(jié)合,并應用于混凝土結(jié)構(gòu)的剛度退化和開裂損傷過程的模擬.從

3、數(shù)值分析的角度上來說,這種結(jié)合避免了裂縫分析過程中,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程.該文的主要目的在于,給出一個可以描述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自裂縫產(chǎn)生開始,直到裂縫聚合形成大范圍損傷,并最終破壞的有限元方法.同時開發(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)格敏感性和應變局部化問題得到失實的應變和損傷模擬結(jié)果,同時針對不同尺度的待分析結(jié)構(gòu),考慮尺寸效應對損傷變

4、量的影響;2.采用彌散裂縫模型對結(jié)構(gòu)單元的開裂和損傷過程進行初步定位,并且無需對網(wǎng)格進行過多處理;3.將通常采用的鋼筋桿單元與粘結(jié)單元進行靜力凝聚,在不增加有限元分析規(guī)模的前提下,考慮鋼筋和粘結(jié)滑移效應對結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的影響.為了實現(xiàn)上述的目標,該文準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,尺寸效應模擬以及四點受彎鋼筋混凝土梁模擬.通過對這些分析結(jié)果的研究,證實了該文有限元程序的有效性和準確性.同時,在實現(xiàn)此