土與結構
關注創建者：常虹(hong) 創建時間：2019-08-12
土與結構的視頻教程
ABAQUS結構分析經典案例——型鋼混凝土組合結構建模與分析
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采用cohesive 模擬鋼管混凝土粘結滑移/預制裝配式混凝土結構
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土與結構的實例教程
Mccormac et al. (2016) Design of Reinforced Concrete (10th Edition) 671p.
4 配筋混凝土結構的分類
國內通常把全預應力混凝土、部分預應力混凝土和鋼筋混凝土結構總稱為配筋混凝土結構系列。
4.1 國外配筋混凝土結構的分類
I級：全預應力—在全部荷載最不利組合作用下，正截面上混凝土不出現拉應力；
II級：有限預應力—在全部荷載最不利組合作用下，正截面上混凝土允許出現拉應力，但不超過其抗拉強度（即不出現裂縫）；在長期持續荷載作用下，混凝土不出現拉應力；
III級：部分預應力—在全部荷載最不利組合作用下，構件正截面上混凝土允許出現裂縫，但裂縫寬度不超過規定容許值；
IV級：鋼筋混凝土結構。
4.2 國內配筋混凝土結構的分類
根據國內工程習慣，我國對以鋼材為配筋的配筋混凝土結構系列，采用按其預應力度分成全預應力混凝土、部分預應力混凝土和鋼筋混凝土等三種結構的分類方法。
(1) 預應力度的定義
《公路橋規》將受彎構件的預應力度(λ)定義為由預加應力大小確定的消壓彎矩M0與外荷載產生的彎矩Ms的比值，即
(2) 配筋混凝土構件的分類
全預應力混凝土構件——在作用（荷載）短期效應組合下控制的正截面受拉邊緣不允許出現拉應力(不得消壓)，即λ≥1；
部分預應力混凝土構件——在作用（荷載）短期效應組合下控制的正截面受拉邊緣出現拉應力或出現不超過規定寬度的裂縫，即1＞ λ ＞0；
鋼筋混凝土構件——不預加應力的混凝土構件，λ =0。
(3) 部分預應力混凝土構件的分類
部分預應力混凝土構件就是指其預應力度介于以全預應力混凝土構件和鋼筋混凝土構件為兩個界限的中間廣闊領域內的預應力混凝土構件。
展開 目 錄：
第一章 緒論
1.1 鋼筋混凝土結構非線性分析的意義
1.2 鋼筋混凝土結構的有限元分析的特點與現狀
1.3 鋼筋混凝土結構有限元分析的發展趨勢
1.4 鋼筋混凝土結構非線性分析中的幾個基本概念
第二章 鋼筋混凝土結構材料的本構關系
2.1 概述
2.2 鋼筋的本構關系
2.3 混凝土的本構關系
2.4 鋼筋與混凝土之間的粘結
第三章 鋼筋混凝土結構有限元分析中的幾種單元
3.1 鋼筋混凝土結構極限元分析計算步驟
3.2 平面單元
3.3 桿系單元
3.4 聯結單元
3.5 鋼筋混凝土結構有限元模型的選擇
第四章 非線性有限元分析的計算方法
4.1 混凝土的開裂與破壞
4.2 有限元非線性方程組的解法
4.3 單元開裂和屈服后的處理
4.4 結構進入負剛度后的處理方法
第五章 鋼筋混凝土構件有限元分析
5.1 按桿系結構進行梁的有限元分析
5.2 鋼筋混凝土構件的荷載—撓度曲線計算
5.3 按平面應力問題進行梁的有限元分析
第六章 鋼筋混凝土框架結構有限元分析
6.1 基本假定與結構簡化
6.2 結構非線性計算模型
6.3 結構有限元非線性分析
第七章 鋼筋混凝土剪力墻結構有限元分析
7.1 概述
7.2 鋼筋混凝土剪力墻非線性有限元分析的基本理論
7.3 鋼筋混凝土剪力墻有限元分析實例
第八章 鋼筋混凝土結構動力有限元分析
8.1 動力分析的基本要求
8.2 動力方程及單元特性
8.3 動力特性的求解方法
8.4 動力反應的求解方法
8.5 動力系統的簡化方法
附錄 A 鋼筋混凝土剪力墻結構非線性有限元分析源程序
附錄 B 鋼筋混凝土構件裂縫及變形圖繪制
參考文獻
鋼筋混凝土結構非線性有限元理論與應用.part1.rar
鋼筋混凝土結構非線性有限元理論與應用.part2.rar
鋼筋混凝土結構非線性有限元理論與應用.part3.rar
展開 四、計算條件
在結構組合應力分析中，混凝土終極收縮變形近似取0.00035，混凝土線膨脹系數為1.0×10-5/℃，混凝土彈性模量 取GB 50010-2010規范標準值。混凝土成型收縮變形規律按GB 50010-2010規范附錄K的條文說明確定，施工階段取表4，正常使用階段取表5，其中年平均相對濕度40％≤RH＜70％、理論厚度2A/u統一近似取300mm。
混凝土成型收縮與齡期關系的規范擬合曲線
混凝土的彈性模量與齡期的關系曲線
五、分析模型及過程
《混凝土結構設計規范》GB 50010中第8.1.1條給出鋼筋混凝土結構伸縮縫的最大間距表格，長度超過表中規定的鋼筋混凝土結構伸縮縫的最大間距限值的鋼筋混凝土結構（或者結構單元）為超長混凝土結構。故地下3層為明顯超長的混凝土結構（579.45m×107.50m）。樓板、混凝土墻體采用殼單元，梁柱結構采用梁單元。殼單元采用最大單元尺寸為1.5m網格的有限元模型。
后澆帶鋼筋采用連接單元模擬
地下超長混凝土結構組合應力彈塑性時程分析時選用地下3層整體模型，該模型從下至上由7個澆筑段組成，模擬以下分段澆筑成型順序：1、梁筏基礎→2、地下三層墻柱板→3、地下二層墻柱板→4、地下一層墻柱板→5、所有后澆帶（基礎膨脹帶加強帶按照溫度后澆帶考慮）。計算分析時由下至上依次激活各澆注段結構單元，以考慮先后澆注混凝土收縮變形差的相互影響，也即先成型混凝土對相連后澆注混凝土收縮變形的相對約束。設1-3段澆筑成型用時分別為15d，4段澆筑成型幾等待封堵后澆帶用時共60d，然后統一封堵各層后澆帶，總成型時間控制在500d。故按20天分段澆注混凝土兩個不同的施工時間順序的總成型時間分別為為3×20+60+380＝500天。
展開 高等混凝土結構.part7.rar
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通常鋼筋混凝土結構有限元分析單元分為兩個層次：桿系單元和實體單元。前者著重分析單元力（包括力和彎矩）與位移（包括位移和轉角）之間的關系，而后者著重分析單元的應力—應變關系。單元類型的選取應兼顧計算規模、材料模型的精度等多方面的因素。對于全結構規模較大，可將結構離散成桿系單元進行分析。對于復雜區域（梁柱節點）或重要的構件等可將桿系結構體系計算的力和位移施加到實體單元模型上，分析局部應力和應變。在結構分析中應盡可能多地采用三維實體單元模型，力求最大程度的真實模擬實際結構構件。
1.鋼筋混凝土結構有限元分析中的模型
鋼筋混凝土結構不同于一般均質材料，它是由鋼筋和混凝土兩種材料構成的，一般鋼筋是被包圍在混凝土之中，而且相對體積較少，因此建立結構有限元模型需考慮這些特性。構成鋼筋混凝土結構的有限元模型主要有以下三類：
1.1 分離式模型
分離式模型把混凝土和鋼筋作為不同的單元來處理，即混凝土和鋼筋各自被劃分為足夠小的單元。考慮到鋼筋是一種細長材料，通常可忽略其橫向抗剪強度。這樣，可以將鋼筋作為線形單元處理（如ANSYS中的link8單元）。混凝土可采用四面體單元等實體單元（如ANSYS中的solid65單元）。在該模型中，鋼筋和混凝土之間可以插入聯結單元來模擬鋼筋和混凝土之間的粘結和滑移，若鋼筋和混凝土之間的粘結很好，不會有相對滑移，則可視為剛性聯結，可以不考慮聯結單元問題。眾所周知，鋼筋混凝土是存在裂縫的(否則鋼筋難以發揮作用)，而開裂必然導致鋼筋和混凝土變形不協調，也就是說必然存在粘結失效和滑移的產生，因此這種模型被廣泛的應用。單元剛度矩陣的推導與一般有限元相同。
1.2 組合式模型
組合式模型是假設鋼筋以一個確定的角度分布在整個單元中，并假設混凝土與鋼筋之間存在著良好的粘結，認為兩者之間無滑移。又分為分層組合方式和帶鋼筋膜的方式等。
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</p><p>根據GB50010-2010混凝土結構設計規范，混凝土單軸應力應變關系如圖：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202604/56bee8f7fd4ff83ffa32a76264763cf8.png"></p><p>根據GB50010-2010混凝土結構設計規范，混凝土單軸受壓應力應變曲線可按下列公式確定：</p><p>
6.2 混凝土結構裂縫擴展
在L型板、雙邊缺口試件等經典benchmark問題中，改進模型準確預測了：
裂紋從缺口萌生的位置拉-剪混合模式下的裂紋偏轉峰值荷載后的軟化行為
特別地，模型成功捕捉了DEN試件中法向荷載由拉轉壓的復雜過程，這是檢驗拉壓不對稱處理能力的嚴苛測試。
混凝土細觀結構對其宏觀力學性能具有決定性影響。界面過渡區（ITZ）作為骨料與水泥基體間的薄弱相，顯著影響混凝土的力學行為與耐久性。基于ANSYS軟件構建含界面過渡區的多面體骨料密堆積3D模型，可有效表征混凝土細觀非均質特性，精確模擬骨料形態、分布及界面行為對材料性能的影響機制。
在基于ABAQUS開展混凝土細觀力學模擬時，數字化重建技術是構建能夠真實反映混凝土內部多相結構（如骨料、砂漿、界面過渡區ITZ及孔隙等）的關鍵前置步驟。
混凝土細觀結構對其宏觀力學性能具有決定性影響。界面過渡區（ITZ）作為骨料與水泥基體間的薄弱相，顯著影響混凝土的力學行為與耐久性。在ABAQUS中構建含界面過渡區的多面體骨料密堆積3D模型，能夠真實反映混凝土細觀非均質特性，精確模擬骨料形態、分布及界面行為對材料性能的影響機制。
ABAQUS三維多面體骨料密堆積建模通過重力堆積算法構建混凝土細觀結構，克服了傳統隨機分布模型與實際骨料沉降行為的偏差，更精準反映骨料在混凝土中的分布特征，可實現高骨料占比下的力學響應模擬，為混凝土損傷機理研究、材料參數標定及多尺度耦合分析提供可靠依據。本案例介紹在ABAQUS內建立三維混凝土多面體骨料重力密堆積模型。
案例總結
鋼管混凝土拱橋作為一種結構復雜、受力體系多樣的大跨結構形式，其精細化有限元分析對理解結構性能、優化設計參數具有重要意義。本案例以合理的簡化假設、高度的建模通用性和穩定的求解性能，提供了一個可復用、可拓展的超大跨拱橋建模示例。
對于有橋梁仿真或工程應用需求的人員而言，該模型是一個可靠的起點。
此時就可以不建立土體，直接通過接地彈簧形成土與結構相互作用。可包含平動自由度與轉動自由度。</p><p><br></p><p>3.
ABAQUS二維隨機多邊形骨料及界面過渡區（ITZ）的混凝土細觀建模研究，可有效揭示混凝土內部多相復合結構的力學響應機理。該模型能夠真實反映骨料隨機分布特征及ITZ對裂縫萌生與擴展的影響，為準確模擬混凝土損傷演化過程、預測宏觀力學性能提供理論基礎，對提升混凝土結構耐久性與安全性具有重要意義。
它顯著提升數值模擬精度，揭示損傷演化機制，為混凝土性能預測、結構優化設計提供科學依據，實現微觀結構到宏觀性能的精準關聯，有效支撐混凝土工程的可靠評估與創新設計。本案例介紹在COMSOL內建立包含骨料、砂漿、ITZ在內的多組分混凝土細觀有限元二維模型。
