DIANA-循环荷载试验中的钢筋混凝土结构非线性分析.pdf

1、1循环荷载试验中的钢筋混凝土结构非线性分析主讲人：贾明杰2017.9.21敦樸文化传播（上海）有限公司目录前川-福浦模型原理介绍1前川-福浦模型验证（应用案例）2DIANA 10.2 功能前瞻323前川-福浦模型原理介绍1为什么需要前川-福浦模型4上期回顾弥散开裂多向固定裂缝模型总应变裂缝模型正交裂缝非正交裂缝 前川模型转动固定割线卸载弹性卸载对于加载-卸载-再加载过程，割线卸载不能体现结构的塑性变形前川-福浦模型原理介绍5弹塑性损伤模型与总应变裂缝模型前川-福浦模型是弹塑性损伤模型（Elasto-Plastic Damage Model）与总应变裂缝模型（Total Strain Crack

2、 Model）的组合。当选择前川-福浦模型时，首先使用的是弹塑性损伤模型，直到积分点位置开裂，之后材料模型变为采用前川开裂混凝土曲线的总应变裂缝模型。弹塑性损伤模型用于模拟素混凝土或钢筋混凝土的经验模型适用于一般尺寸骨料混凝土适用于强度在15 MPa 50 MPa范围内的混凝土（本构模型参照前川开裂混凝土曲线）总应变裂缝模型非正交裂缝模型单积分点最多6条裂缝采用前川开裂混凝土曲线开裂转换为前川-福浦模型原理介绍6前川开裂混凝土曲线受压段加载 c ma=exp0.731 1.25=2071 0.35受压段卸载 c ma,0,ma,0,0=0 0前川-福浦模型原理介绍7前川开裂混凝土曲线受拉段加载

3、 ma=受拉段卸载 ma,0=0 +0=受拉段再加载 0=0.05+0.15 5 0.2=00 0 3=0 +0+前川-福浦模型原理介绍8裂缝再闭合选项裂缝再闭合选项是对受拉段卸载至受压段再加载过程的应力-应变过程修正。无裂缝再闭合裂缝再闭合前川-福浦模型原理介绍9剪力滞留前川-福浦模型与总应变裂缝模型类似，可以使用多种剪力滞留模型。Maekawa Contact Density model中裂缝处的剪切应变与法向应变是耦合的。Maekawa Contact Density modelMaekawa Contact Density model with Decay of Shear Trans

4、ferConstant StiffnessMulti-linear shear stress-shear strainMulti-linear shear retention-shear strainDamage basedMulti-linear shear retention-normal crack strainAl-Mahaidi shear retentionMaekawaContact Density model=21+2 0.850.15130.99 0.9 0.9=3.83=21+2前川-福浦模型原理介绍10横向损伤影响对于开裂混凝土，垂直于主压应力方向的主拉应变会降低混凝土的

5、抗压强度。所以混凝土抗压强度fp不仅是其所经历过的最大压应变的函数，同时也是横向受拉损伤的函数。cr=,12+,22由横向损伤引起的强度折减系数可以表示为：DIANA中可选择的横向损伤影响类型：强度无折减Vecchio and Collins 1993多段线图表Japan Society of Civil Engineers(JSCE)201211前川-福浦模型原理介绍泊松比下降在主应力方向的裂缝坐标系下仍然可以考虑由泊松比下降的情形。当混凝土进入开裂状态后，泊松比的影响减小，泊松比变为正交异性以适应这一特点。12前川-福浦模型原理介绍前川-福浦模型与总应变裂缝模型的对比相同点均采用弥散裂缝模

6、型单条裂缝行为一致不同点前川模型初始为弹塑性损伤模型，裂缝出现后变为开裂混凝土模型；总应变裂缝模型始终为开裂混凝土模型。前川模型允许单一积分点存在最多6条非正交裂缝；总应变裂缝模型最多存在3条正交裂缝。在下列情况下前川-福浦模型相较于总应变裂缝模型可以更真实地描述混凝土的失效主压应力加载到失效前，结构中无裂缝或者只有较小裂缝使用实体单元的三维模型受复杂循环荷载作用13前川-福浦模型验证214前川-福浦模型验证单轴行为压缩 拉伸拉伸 压缩15前川-福浦模型验证单轴行为压缩 拉伸拉伸 压缩在DIANA中使用桁架模型进行单轴拉压试验，得到与理论模型一致的结果。16前川-福浦模型验证6方向裂缝测试使用

7、单个8节点单元对DIANA中的前川-福浦模型进行测试，结果与理论模型一致。Step 1Step 2Step 3&5Step 417前川-福浦模型验证剪力壁板测试使用单个4节点壳单元进行剪切测试并与试验结果对比，二者吻合度良好。试验结果DIANA计算结果单个单元剪切测试18前川-福浦模型验证循环荷载作用下的混凝土板测试对四周支撑的钢筋混凝土板施加横向循环荷载，前川-福浦模型计算结果与实验结果吻合度非常高。DIANA有限元模型参考文献中结果DIANA计算结果与文献结果对比19前川-福浦模型验证剪力墙测试对剪力墙施加横向循环荷载，DIANA计算结果与试验结果在趋势上保持一致，在负方向上，第二循环计算

8、结果略低于试验结果。剪力墙有限元模型DIANA计算结果与试验结果对比20前川-福浦模型验证钢筋混凝土箱型结构测试对钢筋混凝土箱型结构施加不同类型的循环荷载，测试前川-福浦模型在模拟构件承受不同类型荷载作用时的效果。箱型结构有限元模型三种不同的循环荷载加载方式21前川-福浦模型验证钢筋混凝土箱型结构测试Box loading条件下，DIANA的计算结果与文献中试验结果吻合度非常高，精确度超过文献中本身分析方法得到的计算结果。加载过程中的顶部卡头位移剪力与X方向层间位移角关系剪力与Y方向层间位移角关系加载过程中的剪力反力22前川-福浦模型验证钢筋混凝土箱型结构测试Cross loading条件下，

9、DIANA的计算结果相较于文献中的分析结果，在剪力极值上更接近于试验结果。后续加载周期中剪力极值呈现出试验中未观测到的下降趋势。加载过程中的顶部卡头位移剪力与X方向层间位移角关系剪力与Y方向层间位移角关系加载过程中的剪力反力23前川-福浦模型验证钢筋混凝土箱型结构测试Diagonal loading条件下，DIANA的计算结果在剪力极值上略微高于试验结果，在Y方向剪力上相较于文献中的分析结果更接近试验结果。后续加载周期中剪力极值的下降趋势相较试验结果更加明显。加载过程中的顶部卡头位移剪力与X方向层间位移角关系剪力与Y方向层间位移角关系加载过程中的剪力反力24前川-福浦模型验证弯扭作用下的钢筋混

10、凝土柱测试对钢筋混凝土箱型结构施加不同类型的循环荷载，测试前川-福浦模型在模拟构件承受不同类型荷载作用时的效果。钢筋混凝土柱有限元模型混凝土柱及加载示意图25前川-福浦模型验证弯扭作用下的钢筋混凝土柱测试DIANA的计算结果在横向力及扭力极值上与试验结构有很高的吻合度。DIANA在横向力计算上，卸载时相对试验结果横向力下降较快，可能是未考虑时变效应的影响。横向力与位移之间关系扭力与转角之间关系26DIANA 10.2 功能前瞻327DIANA 10.2 功能前瞻内嵌Python版本升级至3.6.1采用python3.3版本后的新python语言结构采用python3.3版本后的新python标

11、准库包简化了第三方python库包的安装过程安全以及性能的提升新版理论手册DIANA中的建模理念输出结果与后处理单元库、材料库、分析过程的背景理论对话框中的“Help”按钮直接链接到理论手册中的相关章节28DIANA 10.2 功能前瞻与BIM软件联动的几何体层级结构当几何模型以STEP/IGES/IFC文件格式导入到DIANA中时，文件中的几何体层级结构可以得到保存（包括名称）。29DIANA 10.2 功能前瞻四边形力荷载四边形力荷载本质上是在四边形面内的分布力，在定义车辆的轮荷载时作用非常明显。使用这一功能时，加载面不需要印刻至结构体表面，网格划分时也不考虑其影响，因此用户在使用时可以避

12、免不需要的网格单元生成。30DIANA 10.2 功能前瞻四边形力荷载（Example）31DIANA 10.2 功能前瞻3D 移动荷载3D移动荷载使用四边形力荷载功能，可以用于实体模型或者板壳模型以及二者的组合模型中。每条车道都单独定义荷载，可定义两轴及以上车辆类型荷载。车辆路径通过桥面板内的线来确定。用户可以定义车辆位置移动增量，DIANA对于每一位置的计算自动生成内部荷载工况。32DIANA 10.2 功能前瞻3D 移动荷载（Example）33DIANA 10.2 功能前瞻Drucker-Prager和Mohr-Coulomb模型前川粘聚力硬化前川开裂混凝土曲线现在可以用于这两种基于剪

13、切的弹塑性模型，允许在多向固定裂缝模型中使用前川受压软化曲线。34DIANA 10.2 功能前瞻Kelvin/Maxwell粘弹性模型加入DIANA中的粘弹性模型可以和总应变裂缝模型组合使用。35DIANA 10.2 功能前瞻粘结滑移钢筋中加入JSCERH模型JSCE Standard Specification for Concrete Structures 2012 塑性模型是模拟钢筋循环荷载下行为的特殊模型。这一模型在DIANA 10.1中加入到嵌入式钢筋中，现在可以用于粘结滑移钢筋中的桁架单元。JSCE塑性模型可以定义为“Reinforcements and pile foundati

14、ons”单元类型以及粘结滑移钢筋材料模型。36DIANA 10.2 功能前瞻用户自定义材料模型用户自定义的粘结滑移模型：DIANA 10.2中提供了新的用户自定义子程序以定义粘结滑移钢筋和嵌入式桩单元的界面行为。在这一用户程序中将定义界面在滑移方向和垂直于桩/钢筋方向的非线性应力。界面处的应力可能与采用界面单元坐标系的母单元的应力相关。这一新的用户自定义程序命名为USRBSL。用户自定义的收缩模型：DIANA 10.2中新提供的另一用户自定义子程序用于将收缩应变定义为温度、浓度/湿度、期龄和成熟度相关的函数。使用这一程序定义的收缩模型可以和DIANA中任意的材料模型组合使用。这一用户自定义程序

15、命名为USRSHK。37DIANA 10.2 功能前瞻阶段分析中边界和界面单元的自动钝化与激活的结构单元未连接的界面单元和边界单元会自动钝化。38DIANA 10.2 功能前瞻水化热分析功能加强冷却管单元可以在几何层面作为嵌入式结构模拟，因此在建立冷却管模型时可以节省大量的时间。39DIANA 10.2 功能前瞻水化热分析功能加强在后处理结果中可以显示每一时间步内实际的杨式模量和抗拉强度随混凝土成熟度的变化。用户可以方便地查看材料属性随时间变化的情况。40Q&ACSiBridge敦敦樸大优惠樸大优惠 敦樸课堂敦樸课堂 源于源于SAP2000SAP2000、桥梁抗震分析首选软件、桥梁抗震分析首选软件节点/个每节点单价/元10291500305913506089120090以上1050高校优惠推广活动有效期截止2017年10月31日BOX-3D下期预告下期预告 敦樸课堂敦樸课堂 变高度箱梁桥施工图设计（构造、钢束）及三维建模时间：10月12日 星期四 15:00-16:00平台：敦樸路桥设计交流群（QQ群：478149462）