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ANSYS之DPC模型的钢筋混凝土周边简支板极限承载力分析

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我国混凝土立方体标准试件尺寸为150mm×150mm×150mm,用于评定混凝土强度等级,如C40等。棱柱体标准试件尺寸为150mm×150mm×300mm,用于测定混凝土轴心抗压强度。立方体试件因顶面和底面受试验机压板摩擦力约束,使得混凝土处于多向应力状态,所测强度必然大于单轴受压(轴心受压)强度;棱柱体试件的长高比大于等于3时,使得棱柱体中间部分处于单轴受压状态(圣文南原理),从而可测得轴心受压强度。

为了简化和突出重点,模拟用150mm×150mm×450mm的棱柱体试件,上下钢压板与柱体采用共用节点方式(实为摩擦接触),也可将与钢板接触的两层单元改性(弹性)。采用位移加载,以获得位移曲线的下降段。

1.C20、C40、C60三种材料

混凝土材料参数不同部分Rc,Rt,Rb,Kcm,Kcu,Gft分别如下:

C20 16.7E6 1.54E6 1.2*Rc 0.00147 0.00441 100

C40 26.8E6 2.39E6 1.2*Rc 0.00179 0.00358 120

C60 38.5E6 2.85E6 1.2*Rc 0.00203 0.003654 140

其余参数detc,dett,Oci,Ocu,Ocr,Otr分别为1.0,0.25,0.33,05,0.2,0.15

分别采用DPC HSD2和DPC Rankine HSD2计算,荷载(压力)-竖向位移曲线结果如图1a)所示,图1b)竖坐标为压力/Rc(归一)后的荷载-竖向位移曲线。

image.png

从图中可以看出,所有情况都得到了极限荷载,即曲线都出现了拐点并向下有一定的延伸,可以明确确定荷载的最大值。但是,下降段曲线长度不够长,即最终收敛位置不甚理想。

2. C40不同Ocu的计算结果

为了得到更长的下降段曲线,用C40混凝土考察材料参数的影响。

全部采用DPC Rankine HSD2模型,计算表明改变Ocu参数可以得到更长的下降段,当Ocu=0.85时如图2所示。其中两条完美的下降段曲线中(实际计算达到了4mm,可更大),分别采用了不同的Kcm和Kcu参数,很显然,较小的Kcu参数会提前到达压力峰值;但因剩余强度相同,因此曲线后段基本重合。

image.png

命令流如下:

FINISH$/CLEAR$/PREP7

!材料参数(C40)==================

EC=2.55E10!混凝土弹性模量

BOS=0.2!泊松系数

MP,EX,1,EC$MP,PRXY,1,BOS

!混凝土强度参数--------------

!采用混凝土强度标准值FCK和FTK

RC=26.8E6!单轴抗压强度

RT=2.39E6!单轴抗拉强度

RB=1.2*RC!双轴抗压强度

!剪胀系数或剪胀角------------

DETC=1.0!压缩剪胀系数

DETT=0.25!拉伸剪胀系数

!HSD2定义混凝土本构关系------

OCI=0.33!开始硬化时相对应力

OCU=0.85!与KCU对应的相对应力

OCR=0.20!剩余受压相对应力

KCM=0.00179!强度峰值点应变

KCU=0.00358!变点应变

!KCM=0.002-RC/EC

!KCU=0.0035-OCU*RC/EC

OTR=0.15!剩余拉伸相对应力

GFT=120!拉伸比面积断裂能(N/M)

TB,CONCR,1,,,DP

TBDATA,1,RC,RT,RB

TB,CONCR,1,,,DILA

TBDATA,1,DETT,DETC

TB,CONCR,1,,,HSD2

TBDATA,1,KCM,KCU,OCI,OCU,OCR

TBDATA,6,GFT,OTR

TB,CONCR,1,,,RCUT

TBDATA,1,RT

MP,EX,2,2.1E11

MP,PRXY,2,0.3

ET,1,SOLID185,,3

!创建模型=========================

A=0.15$B=A/3

BLC4,,,A,3*A 2*B,A

WPROTA,,-90$WPOFF,,,B

VSBW,ALL$WPOFF,,,3*A

VSBW,ALL$WPCSYS,-1

ESIZE,0.025

VSEL,S,LOC,Y,A/3,3*A B

VATT,1,,1$VSEL,INVE

VATT,2,,1$VSEL,ALL$VMESH,ALL

!施加约束和荷载===================

D0=4/1000!加载位移量

ASEL,S,LOC,Y,0$DA,ALL,ALL

ASEL,S,LOC,Y,3*A 2*B

DA,ALL,UY,-D0$ALLSEL,ALL

/SOLU$ANTYPE,0$ERESX,NO

OUTRES,ALL,ALL$AUTOTS,ON

NSUBST,200,,50$SOLVE

!绘制荷载-位移曲线

/POST26$/GTHK,CURVE,1

/GMARKER,1,1,1

NODE1=NODE(A/2,3*A 2*B,A/2)

NSOL,2,NODE1,U,Y

NSEL,S,LOC,Y,0

*GET,NN,NODE,,COUNT

*GET,NI,NODE,,NUM,MIN

RFORCE,3,NI,F,Y

*DO,I,2,NN

RFORCE,4,NI,F,Y

ADD,3,3,4

NI=NDNEXT(NI)

*ENDDO

NSEL,ALL

PROD,5,2,,,,,,-1000

PROD,6,3,,,,,,1/(A*A)/1E6

XVAR,5$PLVAR,6

从上述计算分析可知,HSD2参数不仅对收敛有影响,对荷载-位移曲线的形态和下降段也有较大影响,工程实际应用时应采用一定的参数分析比较;并且不同受力类型结构(如柱、梁、板等),材料参数的影响程度会有所变化。

image.png

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首次发布时间:2021-02-20
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王新敏
硕士 | 教授 好好学习,天天快乐
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