鋼筋混凝土構(gòu)件滑移劈裂破壞機(jī)理的數(shù)值模擬.pdf

1、鋼筋混凝土是工程中常用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中的混凝土部分為一種組分復(fù)雜的非均質(zhì)復(fù)合材料，對其力學(xué)特性的研究一直受到廣泛關(guān)注。宏觀尺度上對混凝土特性的研究難以解釋其在失效破壞過程的諸多問題，越來越多的研究開始從細(xì)觀層面出發(fā)來分析混凝土的特性。鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)滑移機(jī)理問題也一直是該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。本文在對以上兩個問題進(jìn)行探究的基礎(chǔ)上建立了一套適用于鋼筋拉拔試驗(yàn)的鋼筋混凝土構(gòu)件細(xì)觀數(shù)值模型，并借此分析了拉拔過程中試件滑移劈裂現(xiàn)象的機(jī)理。

2、>　　針對鋼筋混凝土構(gòu)件模型的混凝土部分，本文建立了三維的混凝土三相細(xì)觀模型。該模型將混凝土材料視為砂漿、球形骨料及混凝土界面過渡區(qū)三相材料的復(fù)合體，體現(xiàn)了其細(xì)觀尺度下的非均質(zhì)特性。在模型建立過程中借助球形骨料隨機(jī)生成方法產(chǎn)生骨料的粒徑及空間位置參數(shù)，保證其隨機(jī)性。此外，在混凝土界面過渡區(qū)與其他兩相材料之間建立了網(wǎng)格過渡區(qū)域，在體現(xiàn)材料細(xì)觀特性的前提下盡量減少單元總量，降低計算代價。
　　針對鋼筋與混凝土的界面粘結(jié)區(qū)域，本文建立了

3、一套新型的鋼筋混凝土界面粘結(jié)接觸模型。有別于傳統(tǒng)的二維鋼筋層模型或三維光圓鋼筋模型，該模型將變形鋼筋的突肋部分體現(xiàn)了出來。模型在鋼筋與混凝土沿鋼筋長度方向的接觸面間設(shè)置粘結(jié)單元作為過渡單元，把鋼混之間的化學(xué)粘結(jié)力及摩擦力等效為了各個方向上的彈簧作用;在鋼筋肋部與混凝土的接觸面區(qū)域則設(shè)置接觸對來表現(xiàn)機(jī)械咬合力的作用。在鋼筋拉拔試驗(yàn)中，粘結(jié)單元與接觸對協(xié)同工作能夠有效地模擬變形鋼筋與混凝土間的粘結(jié)滑移作用，使得整個拉拔過程中力的傳遞更貼近實(shí)

4、際，令數(shù)值模型及模擬結(jié)果具有更高的現(xiàn)實(shí)參考價值。
　　根據(jù)本文所提出的數(shù)值模型進(jìn)行鋼筋拉拔試驗(yàn)的數(shù)值模擬工作，并將模擬結(jié)果與已有的試驗(yàn)結(jié)果對比，驗(yàn)證模型的有效性，并總結(jié)分析鋼筋混凝土試件的材料特性及鋼混界面粘結(jié)滑移機(jī)理。
　　在數(shù)值模擬過程中使用了基于Python語言的一體化腳本程序，以該程序執(zhí)行包含骨料隨機(jī)生成、砂漿骨料結(jié)合、定義材料屬性、網(wǎng)格剖分、分析步設(shè)定、分析進(jìn)行及結(jié)果后處理全過程，極大提高了試驗(yàn)的可重復(fù)性和工作效率