受拉钢筋混凝土构件破坏过程的数值模拟.doc

第24卷第4期
2007 年8 月
计算力学学报
Chinese Journal putational Mechanics
Vol . 24 ,No . 4
August 2007
文章编号:100724708 (2007) 0420453206
收稿日期:2005206226 ;修改稿收到日期:20062032161
基金项目:国家自然科学基金(59978038) 资助项目1
作者简介:张娟霞3 (19732) ,女,博士,讲师;
唐春安(19582) ,男,教授,博士生导师;
梁正召(19772) ,男,博士,讲师;
张亚芳(19662) ,女,博士,教授1
受拉钢筋混凝土构件破坏过程的数值模拟
张娟霞3 1 , 唐春安2 , 梁正召2 , 张亚芳3 , 张永彬4 , 吴献4
(1. 东北大学秦皇岛分校,河北秦皇岛066004 ;2. 大连理工大学土木水利学院,辽宁大连116024 ;
3. 广州大学土木工程学院,广东广州510006 ;4. 东北大学资源与土木学院,辽宁沈阳110004)
摘要:采用三维材料破坏过程分析MFPA3D系统,对钢筋混凝土构件轴心受拉条件下的受力、变形与内部裂纹
萌生、扩展及最终破坏全过程进行了数值试验研究。数值模型中引入统计分布函数反映了混凝土的非均匀性影
响,并采用具有残余强度的弹性损伤本构模型及其破坏单元材料性质退化方法,利用位移加载方式对钢筋混凝
土构件实施拉伸加载。通过对钢筋、素混凝土方形体以及钢筋混凝土方形柱体构件在拉伸作用下破坏过程的数
值试验,分析了钢筋与混凝土两种材料之间的相互作用、约束机理和破坏机理。数值试验成果对于深入了解钢
筋和混凝土的联合受力规律和钢筋在开裂前后对整体钢筋混凝土结构的作用机制有参考价值。
关键词:钢筋混凝土;三维;裂缝;破坏过程;非均匀性
中图分类号: TU339 ;O242 文献标识码:A
1 引言
钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种物理、力学
性能完全不同的材料所组成的复合结构材料。由
于钢筋混凝土结构具有强度高、可塑性好、造价低
等优点,在国内外建筑业被广泛使用。在荷载作用
下,要精确分析钢筋混凝土结构从加载到破坏的全
过程是十分困难的。由于钢筋混凝土结构在较小
的应力状态下产生微细裂缝而呈非连续体,同时钢
筋和混凝土又是异种材料的结合,混凝土裂缝的表
现形态多种多样,工程意义各不相同。本文尝试对
钢筋混凝土结构在拉伸荷载作用下产生裂缝的过
程进行初步的三维数值试验研究,旨在对钢筋混凝
土结构的破坏机理进行一些有益的探索。由于混
凝土抗拉伸能力较弱,难以防止裂缝的萌生,通常
钢筋混凝土结构是依靠配置钢筋来控制裂缝的产
生或是保证裂缝宽度不超过容许的安全值。已有
许多学者通过实验及理论分析的方法来预测裂缝
的间距[124 ] 。虽然也有许多学者用数值方法来分析
钢筋混凝土构件中裂缝的形成,但是混凝土构件内
部裂缝从产生、扩展到最后导致构件破坏的过程仍
待进一步研究。
由于混凝土的非均匀性,在理论上对钢筋混凝
土结构的变形与破坏过程进行求解是非常困难的。
相比而言,数值方法可以考虑混凝土结构的复杂形
状及边界条件,并且有可能在数值模型中引入混凝
土材料力学性质的非均匀性,具有更强