在混凝土中添加鋼纖維可以明顯提高混凝土的抗拉強度、阻比裂紋出現和開展從而提高混凝土的承載力及延性和韌性，因此在實際工程中鋼纖維混凝土結構得到了廣泛的應用。鋼纖維混凝土結構在材料方面包括混凝土、普通鋼筋、鋼纖維，有時還包括預應力鋼筋。鋼纖維的類型與含量、預應力度、混凝土的強度及普通鋼筋的含量等因素對鋼纖維混凝土結構的承載力、破壞型態、延性及抗震性能都會產生影響，如果僅僅通過試驗手段來分析各影響因素對結構性能的影響需要花費大量的人力物力及時問。用有限元分析的方法可以有效地分析各影響因素的影響大小，對結構的受力性能進行全過程分析，然后對各影響因素進行優化，是對結構試驗有效的補充。
      鋼纖維混凝土結構非線性有限元分析要解決兩個方面的主要問題：一方面是鋼纖維混凝土密肋復合樓蓋體系涉及的材料包括混凝土、普通鋼筋、預應力鋼筋和鋼纖維等，確定各材料的本構關系及破壞準則等是有限元分析的基礎；另一方面由于鋼纖維在混凝土中是亂向分布的，要想精確地建立鋼纖維混凝土的模型是不可能的，因此考慮鋼纖維對混凝土性能的影響及對裂縫的阻裂作用，建立適宜的鋼纖維混凝土精細化有限元分析模型，既能反映鋼纖維的作用又兼顧計算成本是解決本分析的關鍵難點。國內外對鋼纖維混凝土結構有限元分析進行了一些研究，這些研究主要是考慮鋼纖維對混凝土本構關系的影響來對結構的受力性能進行分析，本研究以鋼纖維對結構力學性能的影響為基礎，對鋼纖維混凝土有限元分析中的材料模型、有限元模型及鋼纖維的處理方法等關鍵問題進行了探討。此外，將采用本研究方法所得的有限元分析結果與試驗結果比較以驗證模型的有效性，對鋼纖維混凝土結構受力性能的研究提供一定的參考。
      目前國內外對鋼纖維混凝土的本構關系進行了大量研究，也提出了一些本構關系。但是由于鋼纖維混凝土的本構關系與混凝土的強度及鋼纖維的類型都有關系，而且限于試驗條件和試驗水平，目前還沒有一個比較統一的鋼纖維混凝土本構關系模型，本研究介紹兩種普通強度的鋼纖維混凝土和高強度的鋼纖維混凝土的本構關系式。
      用有限元對混凝土結構進行有限元分析時，其模型主要有分離式模型、整體式模型和組合式模型3種。分離式模型是將鋼筋和混凝土作為兩種不同的材料和單元分別處理。在分析過程中混凝土單元剛度矩陣[K]和鋼筋單元剛度矩陣[K]分別進行計算，結構的總剛度矩陣為這兩個剛度矩陣之和。這種分析方法的優點是可按照實際配置鋼筋的位置和數量來劃分單元，分析模型比較符合實際情況，還可以通過在鋼筋與混凝土之間嵌入彈簧的方法來考慮鋼筋與混凝土之間的薪結與滑移，也能分析各處鋼筋實際應力。缺點是當配筋量比較大并且復雜時，建模的工作量較大。
      整體式模型不把混凝土和鋼筋當做兩種材料來分析，而是把鋼筋離散到混凝土單元中，并把單元作為連續均勻材料來求單元剛度矩陣。與分離式不同，其剛度矩陣[K]·是綜合了混凝土和鋼筋的單元矩陣，不再分別計算[K]和[K]。此模型的優點是建模簡單，單元劃分少，計算量小，特別對配筋比較復雜的結構較適合，所以目前在土木工程結構分析中應用較廣泛。但其缺點是只能求得鋼筋所在單元中的平均應力，不能精確確定各鋼筋的實際應力，也不能考慮鋼筋與混凝土問的薪結和滑移的影響，因此其適用于鋼筋與混凝土薪結較好的情況。
      當鋼筋和混凝土結構較好，不考慮滑移時，也可采用組合式模型。這一單元模型中已經包含了鋼筋與混凝土兩種材料，在推導單元剛度矩陣時采用統一的位移函數，但考慮了不同的材料特性。在組合式模型中，最常用的有兩種方式，即分層組合式和帶鋼筋膜式。分層組合式即在結構的橫截面上分成許多混凝土層和鋼筋層，并對截面的應變做某些假定(如平截面假定)。單元的剛度矩陣表達式可由材料的實際應力應變關系和平衡條件導出。該分析模型在桿件系統，特別是鋼筋混凝土殼和板結構中應用廣泛。該模型的優點是單元數量減少，但精度也能得到一定提高。缺點是對每一個單元剛度的計算比較麻煩，當單元鋼筋布置復雜且不規則時，公式需要自己推導，尤其是配筋類型比較多時，單元剛度的計算非常麻煩。因此，該模型在實際應用中是較少的一種。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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