鋼筋混凝土材料，是一種非勻質的力學性能復雜的建筑材料。隨著計算機和有限元分析方法的發展，有限元法已經成為研究混凝土結構的一個重要的手段。由于數值計算具有快速、代價低和易于實現等諸多優點，這種分析方法已經廣泛用于實際工程中。然而，要在有限元軟件中盡可能準確地模擬混凝土這種材料，是不容易的，國內外學者提出了基于各種理論的混凝土本構模型。但是迄今為止，還沒有一種理論被公認為可以完全描述混凝土的本構關系。
      ABAQUS是大型通用的有限元分析軟件，其在非線性分析方面的巨大優勢，獲得了廣大用戶的認可，在結構分析領域的應用趨于廣泛。本研究把規范建議的混凝土本構關系，應用到損傷塑性模型，對一懸臂梁進行了精細的有限元建模計算和探討。
      ABAQUS在鋼筋混凝土分析上有很強的能力。它提供了三種混凝土本構模型：混凝土損傷塑性模型，混凝土彌散裂縫模型和ABAQUS/Explicit中的混凝土開裂模型。其中混凝土損傷塑性模型可以用于單向加載、循環加載以及動態加載等場合，它使用非關聯多硬化塑性和各向同性損傷彈性相結合的方式描述了混凝土破碎過程中發生的不可恢復的損傷，這一特性使得損傷塑性模型具有更好的收斂性。此模型是基于文獻的工作，使用各向同性損傷彈性結合各向同性拉伸和壓縮塑性的模式來表示混凝土的非彈性行為。
      鋼筋采用本構關系為強化的二折線模型，無剛度退化。折線第一上升段的斜率，為鋼筋本身的彈性模量，第二上升段為鋼筋強化段，此時的斜率大致可取為第一段的1/100。
      損傷是指在單調加載或重復加載，材料性質所產生的一種劣化現象，損傷在宏觀方面的表現就是微裂紋的產生。材料的損傷狀態，可以用損傷因子來描述。根據前面確定的混凝土非彈性階段的應力一應變關系可求得損傷因子的數值。
      混凝土在單向拉伸/壓縮試驗中得到的數據，通常是以名義應變和名義應力表示的，為了準確地描述大變形過程中截面積的改變，需要使用真實應變和真實應力，可通過它們之間的換算公式計算。真實應變是由塑性應變和彈性應變兩部分構成的。在ABAQUS中定義塑性材料參數時，需要使用塑性應變。
      梁截面尺寸為200mmx300 mm，梁長1500 mm；縱筋為HRB335鋼筋，箍筋為HPB235鋼筋，混凝土強度等級為C30，混凝土和鋼筋的各力學參數均取自《混凝土結構設計規范》的標準值。
      混凝土和鋼筋分別采用C3D8R單元和T3D2單元進行分離式建模，并采用Embedded技術進行自由度禍合。為了避免梁端因為應力集中導致局部損壞，在梁端設置了一個矩形離散剛片，荷載施加在剛片的參考點上。在定義混凝土的粘性系數時，粘性系數越大，結構越剛硬，就像越粘稠的液體越難流動一樣，粘性系數越小，計算效率很低，很難收斂。通過對粘性系數取0.01，0.005，0.001，0.0005這四種情況的比較，發現當取0.0005和0.001時計算不收斂；取0.01時的荷載位移曲線一直處于上升階段，說明剛化了結構。從前面的計算結果來看，取0.005時還是比較好的。
     是否考慮混凝土受拉損傷對計算結果影響較大，不考慮損傷時的極限承載力，比考慮損傷時要大10%左右，顯然從前面的計算結果可以看出，當考慮損傷時要更為合理，這一特性與混凝土的實際受力是吻合的。
     通過本研究分析，主要得到以下結論：
     (1)混凝土損傷塑性模型，以混凝土受壓破碎和受拉開裂為準則。通過該懸臂梁算例，可知此模型在ABAQUS中模擬混凝土材料的非線性關系是行之有效的。
     (2)求解混凝土，一般都會碰到計算收斂的問題，參數取值合理是大有幫助的。對于混凝土的粘性系數、膨脹角等，都值得反復推敲；初始增量步的大小也很重要，模型復雜和受荷載較大的時候，建議盡量取小值，不然計算難以收斂。
     (3) ABAQUS提供的Embedded技術，以方便地解決鋼筋與混凝土之間的粘結關系，使建模變得更加的高效和容易實現精細建模，但是它實現不了鋼筋的滑移等。如何用有限元軟件方便地模擬鋼筋與混凝土之間的關系，需要作進一步深入的研究。

                                                                                  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
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司m.yw15777.cn，轉載請注明出處和相關鏈接！