钢筋-混凝土粘结滑移精细化数值模型研究

发布时间：2020-04-28 04:41

【摘要】：钢筋和混凝土之间良好的粘结性能,是二者能够协同工作、共同承载的基础。在荷载作用下,钢筋和混凝土之间的粘结可能出现退化甚至破坏,直接影响构件和结构的承载力及变形特性。因此,在钢筋混凝土结构的精细化模拟分析中,考虑钢筋-混凝土粘结滑移的影响很有必要。基于此,学者们已开发了多种粘结滑移数值模型,并将其应用于钢筋混凝土构件或结构的模拟分析。以上研究有助于揭示由于粘结退化导致的局部破坏机理,同时提升了钢筋混凝土结构的数值模拟精度。但是,既有研究仍存在两个问题:(1)现有模型均无法考虑钢筋周围复杂应力状态的影响;(2)反复荷载作用下,现有模型均来源于拉拔试验,而该实验中混凝土应力状态与真实不符。众所周知,钢筋混凝土结构在承受荷载过程中,可能出现开裂、局部压碎等情况。这些局部损伤会改变钢筋周围的应力状态,进一步影响钢筋-混凝土的粘结滑移性能。由此可知,现有模型忽视了局部应力状态的影响,严重制约了其在钢筋混凝土结构精细化模拟中的应用。为克服以上问题,本文主要开展以下工作并得到相应结论:(一)提出可考虑复杂应力状态影响的粘结滑移数值模型。建立了零厚度平面四节点粘结单元,可满足数值分析精度和效率的统一;基于ABAQUS子程序的联合自主开发,实现了模型的数值嵌入;采用该数值模型,可实时采集指定位置混凝土应力,并用于实时更新钢筋-混凝土粘结刚度矩阵,从而准确考虑了复杂应力状态对粘结滑移性能的影响。经过大量单元及构件层次的数值测试,该模型能够较好地反映所采用本构的预测效果,并具有良好的数值稳定性和收敛性。(二)提出了钢筋混凝土的粘结滑移滞回模型,并以此建立相应的数值模型。通过对创新改良的弯曲梁式实验的数据进行处理分析,研究受良好约束混凝土中的循环粘结劣化问题,考察了混凝土抗压强度、钢筋尺寸和滑移历史对粘结强度的影响,通过试验数据校核了钢筋混凝土的粘结滑移滞回模型的主要参数。相应的数值模型主要是通过ABAQUS的用户子程序UEL和URDFIL联合,能够合理判断正反向及加卸载状态,从而准确考虑了钢筋混凝土的粘结退化行为。(三)将基于单元层次提出的复杂应力状态下钢筋混凝土粘结滑移数值模型和钢筋混凝土粘结滑移滞回模型,两种模型应用到实际的钢筋混凝土柱中。通过分析单元层次应力的变化规律进行分析,发现单元应力变化规律与柱子整体受力情况向吻合,证明了两种数值模型的准确性;且复杂应力状态下钢筋混凝土粘结滑移数值模型可以模拟钢筋混凝土柱子承受不同侧向力时的粘结滑移性能,而钢筋混凝土粘结滑移滞回模型可以模拟拥有不同锈蚀率的钢筋混凝土柱子的粘结退化性能,证明了二者都具有较好的收敛性、稳定性和兼容性。
【图文】：

图 2.1 粘结单元示意图Fig. 2.1 Diagram of bonding unit节点都有三个自由度，，钢筋轴向，钢筋径向。是由钢筋轴向的位移决定，而钢筋的径向几

图 2.2 程序流程图Fig. 2.2 Process flow diagram结滑移本构关系者们提出了很多不同应力状态下的粘结滑移理论模型，本章综合了所
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU375

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本文编号：2643075