DIANA钢筋混凝土裂缝分析与题培训.pdf
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1、钢筋混凝土 DIANA裂缝分析与题培训 敦樸土木 一、裂缝建模 二、混凝土建模 三、钢筋建模 四、使用随机场功能进行裂缝预测 目录 裂缝建模 混凝土失效机制 4 RC/PC结构的失效机制 开裂和剪切 压碎 钢筋屈服 间接失效机制 徐变 收缩 环境影响(温度、盐离子浓度)裂缝建模 5 素混凝土裂缝建模 建模方法 素混凝土开裂 离散型裂缝 弥散型裂缝 6 离散型裂缝 7 离散型裂缝 8 使用裂缝模型的界面单元 连续单元 离散型开裂材料模型 9 模式 I&模式 II:非耦合 耦合 膨胀模型 Mode II 10 tn tn un ut n t tt tt Mode I 离散型开裂材料模型 离散型开裂
2、 11 MATERI 1 DSTIF 1.E+06 5.E+05 =t/u N/mm3 DISCRA 1 =crack starts if tnft DCRVAL 3.E+00 =ft MODE1 1 =tension softening UNLO1 MO1VAL 5.E-02 =Gf MODE2 1 =0 or constant G MO2VAL 5.E+03 =shear modulus G 离散型开裂 12 拉伸软化 模型:恒定密度模型 by Li et al.两相模型 by Walraven 粗糙裂缝模型 by Baant and Gambarova 骨料嵌锁关系 by Walrave
3、n and Reinhardt 粗糙裂缝模型 by Gambarova and Karako 裂缝膨胀 13 物理模型(两相模型)经验模型(粗糙裂缝模型)裂缝膨胀 14 MATERI 1 DSTIF 1.E+06 5.E+05=t/u N/mm3 CRDILA 1 =1,5 DILVAL fcc ft dmax MODE1 1 =brittle/linear softening MO1VAL 5.E-02 =crack opening/Gf MODE2 =0 or constant G MO2VAL =shear modulus G 弥散开裂 15 弥散开裂 16 开裂实体在建模过程中视为连续
4、体 开裂行为通过应力-应变(裂缝)关系描述 cr,弥散开裂 17 概念:开裂的裂缝分布在单元内,通过裂缝应变来表示 缺点:单元尺寸决定了耗散断裂能量(网格敏感性)Solution解决方法:在材料模型中引入一个长度尺度:裂缝带宽 h =0.5 =0.75 2 1 弥散开裂 18 1.多向固定裂缝模型 2.总应变裂缝模型 正交固定裂缝模型 正交旋转裂缝模型 旋转裂缝转换为固定裂缝模型(混合裂缝模型)3.Rankine 主应力模型 弥散开裂 19 1.多向固定裂缝模型 MATERI 1 YOUNG 1.E+09 POISON 2.5E-01 CRACK 1 CRKVAL 2.5E+06 TENSIO
5、 1 TENVAL GF 5.E-02 CRACKB TAUCRI 1 BETA 2.E-01 弹性 拉伸破坏 受拉软化 剪切行为 =+多向固定裂缝模型 20 拉伸破坏 素混凝土双轴强度(Kupfer and Gerstle,1973)多向固定裂缝模型 21 受拉软化 剪切行为 完全剪力滞留 恒定剪切刚度 离散开裂 22 2.总应变固定/旋转裂缝模型 弹性 受拉软化 剪切行为 MATERI 1 YOUNG 1.E+09 POISON 2.5E-01 TOTCRK FIXED ROTATE ROTFIX EPSFIX TENSTR 2.5E+06 TENCRV LINEAR GF1 5.E-02
6、 EPSULT CRACKB SHRCRV CONSTA BETA 2.E-01 =900 =总应变开裂 23 受拉软化 总应变开裂 24 剪切行为 恒定剪力滞留 可变剪力滞留 总应变开裂 25 由泊松比引起的横向膨胀影响 由开裂引起的泊松比下降 MATERI POIRED NONE DAMAGE 弥散开裂 26 3.Rankine主应力模型 MATERI 3 YOUNG 1.E+09 POISON 2.5E-01 YIELD RANKIN YLDVAL 2.5E+06 HARDEN STRAIN HARNAM EXPONE HARVAL Gf or Ehar CRACKB elastic t
7、ension softening Rankine主应力模型 27 硬化/软化 弥散开裂 对比 28 开裂后的应力旋转(受拉 剪切)由开裂引起的结构内应力重新分布 不相称的外部荷载增量(Non-proportional external loading increments)多向固定裂缝模型、正交固定裂缝模型:恒定剪切滞留,输入参数 b b 正交旋转裂缝模型,Rankine主应力:裂缝始终与主应力方向保持垂直,无需输入参数 b b 多向固定裂缝模型(优劣势)29 从物理的角度来看,多向固定裂缝模型更具吸引力 可以和下列功能结合使用 徐变、收缩、塑性 温度及成熟度影响 总应变裂缝模型(优劣势)30
8、 总体来说:非常稳定 基本材料属性可以通过混凝土模型规范直接导入 可以考虑环境因素和收缩的影响 丌能和徐变功能结合使用 可以使用Kelvin chain粘弹性模型 Rankine主应力模型(优劣势)31 只适用于2D模型 结合使用两种塑性模型,当处理拉伸和压缩共同作用问题时会更加稳定 丌能和徐变、收缩功能结合使用 丌能考虑环境因素对于模型的影响 弥散开裂算例 使用多种材料模型对1个单元迚行分析 32 F2=3000 N 100 mm 100 mm CQ16M thick=100 mm 45 45 Units,mm,N F1=8039 N 目的目的 对使用不同弥散开裂模型时由主应力变化引起的裂缝
9、方向的评估:多向固定裂缝(默认临界角=60)多向固定裂缝,临界角=5 总应变固定裂缝 总应变旋转裂缝 加载加载 两加载步:1.施加荷载 F1 直到裂缝产生 2.施加荷载 F2 并分析结果 材料参数(多向固定裂缝)33 MULTIPLE FIXED MATERI 1 NAME “concrete YOUNG 1.00000E+004 POISON 0.00000E-001 DENSIT 2.50000E-009 CRACK 1 CRKVAL 2.TAUCRI 1 BETA 0.01 TENSIO 1 GF 16 非线性参数 混凝土 应力破坏标准控制参数 1 受拉和受压裂缝开裂应力值 N/mm2
10、2.0 剪切滞留控制参数 1 剪切滞留(Beta)0.01 拉伸软化模型控制参数 1 断裂能量 N.mm/mm2 16 对于断裂能量GF取与实际情形不符的较高值,混凝土将表现得具延展性*FILOS INITIA*NONLIN TYPE PHYSIC CRACKI TOLDIR 5 EXECUT LOAD LOADNR 1 *END 材料属性(总应变裂缝)34 TOTAL STRAIN FIXED MATERI 1 NAME “concrete YOUNG 1.00000E+004 POISON 0.00000E-001 DENSIT 2.50000E-009 TOTCRK FIXED TENC
11、RV LINEAR TENSTR 2.SHRCRV CONSTA BETA 0.01 GF1 16 非线性参数 混凝土 总应变裂缝模型 固定/旋转 受拉软化曲线 线性 抗拉强度 N/mm2 2.0 剪力滞留函数 CONSTA 剪力滞留(Beta)0.01 Mode-I 受拉断裂能量 N.mm/mm2 16 因为在多向固定裂缝模型中断裂能量GF取值非常大,在这里GF1取相同值。线性部分的断裂能量可以忽略不计。TOTAL STRAIN ROTATING MATERI 1 NAME “concrete YOUNG 1.00000E+004 POISON 0.00000E-001 DENSIT 2.5
12、0000E-009 TOTCRK ROTATE TENCRV LINEAR TENSTR 2.GF1 16 分析结果-(多向固定裂缝)35 分析结果-(多向固定裂缝 5)36 分析结果-(总应变固定裂缝)分析结果-(总应变旋转裂缝)分析结果-(裂缝应变)多向固定裂缝,临界角 60 多向固定裂缝,临界角5 分析结果-(裂缝应变)总应变固定裂缝 总应变旋转裂缝 主应力 41 1.952.002.052.102.152.202.252.300500100015002000250030003500principal stress s1(top right corner)Force F2 N Multi
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