DIANA钢筋混凝土裂缝分析与题培训.pptx
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1、钢钢筋混凝土筋混凝土DIANA裂裂缝缝分析与分析与题题培培训训敦樸土木敦樸土木一、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目录录裂裂缝缝建模建模混凝土失效机制混凝土失效机制4RC/PC结结构的失效机制构的失效机制 开裂和剪切 压碎 钢筋屈服间间接失效机制接失效机制 徐变 收缩 环境影响(温度、盐离子浓度)裂裂缝缝建模建模5素混凝土裂素混凝土裂缝缝建模建模建模方法建模方法 素混凝土开裂素混凝土开裂 离散型裂缝 弥散型裂缝6离散型裂离散型裂缝缝7离散型裂离散型裂缝缝8使用裂缝模型的界面单元连续单元9离散型开裂材料模型离散型开裂材料模型模式模式 I&模式模式 II:非耦合
2、耦合膨胀模型10tntnunntttttMode II离散型开裂材料模型离散型开裂材料模型ut11离散型开裂离散型开裂MATERI15.E+05DSTIFDISCRA 1DCRVALMODE1UNLO1MO1VALMODE2MO2VAL1.E+063.E+0015.E-0215.E+03=t/u N/mm3=crack starts if tnft=ft=tension softening=Gf=0 or constant G=shear modulus G12离散型开裂离散型开裂 拉伸拉伸软软化化模型模型:恒定密度模型 by Li et al.两相模型 by Walraven粗糙裂缝模型 b
3、y Baant and Gambarova骨料嵌锁关系 by Walraven and Reinhardt粗糙裂缝模型 by Gambarova and Karako裂裂缝缝膨膨胀胀13物理模型(两相模型)经验模型(粗糙裂缝模型)14裂裂缝缝膨膨胀胀MATERI11.E+06DSTIFCRDILA 15.E+05 =t/u N/mm3=1,5DILVAL fcc ft dmaxMODE11=brittle/linear softeningMO1VAL 5.E-02MODE2MO2VAL=crack opening/Gf=0 or constant G=shear modulus G弥散开裂弥散
4、开裂1516弥散开裂弥散开裂 开裂开裂实实体在建模体在建模过过程中程中视为连续视为连续体体 开裂行开裂行为为通通过应过应力力-应变应变(裂(裂缝缝)关系描述)关系描述,cr17弥散开裂弥散开裂 概念:概念:开裂的裂缝分布在单元内,通过裂缝应变来表示 缺点:缺点:单元尺寸决定了耗散断裂能量(网格敏感性)Solution解决方法解决方法:在材料模型中引入一个长度尺度:裂缝带宽 h=0.7521=0.5弥散开裂弥散开裂181.2.多向固定裂多向固定裂缝缝模型模型总应变总应变裂裂缝缝模型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 主主应应力模型力模
5、型弥散开裂弥散开裂191.多向固定裂多向固定裂缝缝模型模型MATERI1YOUNG 1.E+09POISON 2.5E-01CRACK 1CRKVAL 2.5E+06TENSIO 1TENVALGF 5.E-02CRACKBTAUCRI 1BETA2.E-01弹性拉伸破坏受拉软化剪切行为 =+多向固定裂多向固定裂缝缝模型模型20拉伸破坏拉伸破坏素混凝土双素混凝土双轴轴强强度度(Kupfer and Gerstle,1973)多向固定裂多向固定裂缝缝模型模型21受拉受拉软软化化剪切行剪切行为为 完全剪力滞留 恒定剪切刚度离散开裂离散开裂222.总应变总应变固定固定/旋旋转转裂裂缝缝模型模型弹性受
6、拉软化剪切行为MATERI1YOUNGPOISONTOTCRK1.E+092.5E-01FIXED ROTATE ROTFIX EPSFIX TENSTR2.5E+06TENCRVLINEARGF1 EPSULT CRACKB SHRCRVBETA5.E-02CONSTA2.E-01=900 =23总应变总应变开裂开裂受拉受拉软软化化总应变总应变开裂开裂24剪切行剪切行为为恒定剪力滞留可变剪力滞留总应变总应变开裂开裂25由泊松比引起的横向膨由泊松比引起的横向膨胀胀影响影响由开裂引起的泊松比下降MATERIPOIREDNONEDAMAGE弥散开裂弥散开裂263.Rankine主主应应力模型力模型
7、MATERI3YOUNG 1.E+09POISON 2.5E-01YIELD RANKINYLDVAL 2.5E+06HARDEN STRAINHARNAM EXPONEHARVAL Gf or EharCRACKB elastictension softening27Rankine主主应应力模型力模型硬化硬化/软软化化28弥散开裂弥散开裂 对对比比开裂后的开裂后的应应力旋力旋转转(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 externalloading 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
8、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多向固定裂多向固定裂缝缝模型模型 (优优劣劣势势)29 从物理的角度来看,多向固定裂从物理的角度来看,多向固定裂缝缝模型更具吸引力模型更具吸引力 可以和下列功能可以和下列功能结结合使用合使用 徐变、收缩、塑性 温度及成熟度影响30总应变总应变裂裂缝缝模型模型(优优劣劣势势)总总体来体来说说:非常:非常稳稳定定 基本材料属性可以通基本材料属性可以通过过混凝土模型混凝土模型规规范直接范直接导导入入 可以考可以考虑环虑环境因素和收境因素和收缩缩的影响的影响 丌能和徐丌能和徐变变功能功能结结合使用合使用 可以使用
9、Kelvin chain粘弹性模型31Rankine主主应应力模型力模型(优优劣劣势势)只适用于只适用于2D模型模型 结结合使用两种塑性模型,当合使用两种塑性模型,当处处理拉伸和理拉伸和压缩压缩共同作用共同作用问题时问题时会更加会更加稳稳定定 丌能和徐丌能和徐变变、收、收缩缩功能功能结结合使用合使用 丌能考丌能考虑环虑环境因素境因素对对于模型的影响于模型的影响100 mm32F2=3000 NCQ16Mthick=100 mm100 mm45Units,mm,N弥散开裂算例弥散开裂算例使用多种材料模型使用多种材料模型对对1个个单单元迚行分析元迚行分析F1=8039 N45目的对使用不同弥散开裂
10、模型时由主应力变化引起的裂缝方向的评多向固定裂缝(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估:加载两加载步:1.2.施加荷载 F1 直到裂缝产生施加荷载 F2 并分析结果非线性参数混凝土应力破坏标准控制参数12受拉和受压裂缝开裂应力值N/mm2.0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12断裂能量N.mm/mm16材料参数材料参数(多向固定裂(多向固定裂缝缝)33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MULTIPLE FIXEDMATERI1 NAME “concreteYOUNG 1.00000E+004PO
11、ISON 0.00000E-001DENSIT 2.50000E-009CRACK 1CRKVAL 2.TAUCRI 1BETA 0.01TENSIO 1GF 16*FILOSTOLDIR 5INITIA*NONLINTYPE PHYSICEXECUT LOADCRACKILOADNR 1*END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2抗拉强度N/mm2.0剪力滞留函数CONSTA剪力滞留(Beta)0.012Mode-I受拉断裂能量N.mm/mm1634材料属性材料属性(总应变总应变裂裂缝缝)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
12、裂能量可以忽略不计。TOTAL STRAIN FIXEDMATERI1 NAME “concreteYOUNG 1.00000E+004POISON 0.00000E-001DENSIT 2.50000E-009TOTCRK FIXEDTENCRV LINEARTENSTR 2.SHRCRV CONSTABETA 0.01GF1 16TOTAL STRAIN ROTATINGMATERI1 NAME “concreteYOUNG 1.00000E+004POISON 0.00000E-001DENSIT 2.50000E-009TOTCRK ROTATETENCRV LINEARTENSTR
13、2.GF1 16分析分析结结果果-(多向固定裂(多向固定裂缝缝)35分析分析结结果果-(多向固定裂(多向固定裂缝缝 5)36分析分析结结果果-(总应变总应变固定裂固定裂缝缝)分析分析结结果果-(总应变总应变旋旋转转裂裂缝缝)分析分析结结果果-(裂(裂缝应变缝应变)多向固定裂缝,临界角 60多向固定裂缝,临界角5分析分析结结果果-(裂(裂缝应变缝应变)总应变固定裂缝总应变旋转裂缝principal stress s1(top right corner)主主应应力力412.001.952.302.252.202.152.102.050500100015002000250030003500Force
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