算例丨基于Abaqus的混凝⼟应力、变形与塑性损伤分析

节点详图1

节点详图2

模型：以BKZ1为代表进⾏建模计算。筏板计算范围从加劲肋边缘往外延伸3m。采⽤Abaqus/Explicit模块进⾏显式⾮线性分析。⽹格划分，钢柱采⽤S4R壳单元，筏板采⽤C3D8R六⾯体实体单元。材料等级，柱Q345GJ钢材，筏板C40混凝⼟。壳单元通过embedded region嵌⼊实体单元中。

钢柱部分

筏板部分

组装完成模型

⽹格划分完成模型

边界条件：约束筏板四个侧⾯全部⾃由度。

约束⽰意图

荷载：采⽤位移加载模式，在钢柱顶端施加200mm位移，模拟钢柱受拉荷载作⽤。

位移加载⽰意图

材料本构关系：

Q345GJ：理想弹塑性

C40：混凝⼟塑性损伤模型

应⼒单位：N/mm^2

位移单位：mm

   

   

   

2.1 应力结果

   

   

   

钢柱剖⾯Mises应⼒分布

筏板剖⾯最⼤主应⼒分布

钢柱Mises应⼒最⼤值345.0MPa，筏板最⼤主应⼒7.5MPa。

   

   

   

2.2 位移结果

   

   

   

整体模型最⼤位移

模型最⼤位移200mm，钢柱及钢柱周围混凝⼟均达到最⼤位移值。

   

   

   

2.3 损伤分布

   

   

   

为了输出损伤，需要在定义材料本构时定义损伤因⼦，推荐Abaqus插件createMaterialConcrete ，可以⾃动⽣成混凝⼟塑性损伤模型参数。损伤因⼦0-->1分别代表⽆损伤-->完全失效，⼀般来说受压损伤>0.3，受拉损伤>0.5，可以认为单元失效。C40混凝⼟参数定义如下图所⽰：

C40材料本构

受压损伤定义

受拉损伤定义

定义了损伤因⼦，还需要在Step-Field Output Requests中勾选输出DAMAGEC和DAMAGET，才能在后处理中查看损伤结果。

混凝⼟受拉损伤分布发展如下图所⽰：

混凝⼟受拉损伤发展分布图（1）

混凝⼟受拉损伤发展分布图（2）

混凝⼟受拉损伤发展分布图（3）

混凝⼟受拉损伤发展分布图（4）

混凝⼟受拉损伤发展分布图（5）

混凝⼟受拉损伤发展分布图（6）

混凝⼟受压损伤分布发展如下图所⽰：

混凝⼟受压损伤发展分布图（1）

混凝⼟受压损伤发展分布图（2）

混凝⼟受压损伤发展分布图（3）

混凝⼟受压损伤发展分布图（4）

混凝⼟受压损伤发展分布图（5）

混凝⼟受压损伤发展分布图（6）

从筏板混凝⼟受拉、受压损伤分布发展图可以看出，筏板破坏模式为从钢柱底板沿45°向上发展的混凝⼟冲切破坏，可以采⽤冲切承载⼒计算公式进⾏钢柱受拉验算。需要注意的是，冲切破坏椎体的有效⾼度应取钢柱底板⾄筏板顶距离。

   

   

   

2.4 荷载位移曲线

   

   

   

钢柱受拉荷载-位移曲线如下图所⽰：

荷载（N）-位移（mm）曲线

未施加多余约束时，筏板破坏模式为从钢柱底板沿45°向上发展的混凝⼟冲切破坏，可以采⽤冲切承载⼒计算公式进⾏钢柱受拉验算。需要注意的是，冲切破坏椎体的有效⾼度应取钢柱底板⾄筏板顶距离。