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第33卷第21期

2007年7月

山西建筑

橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料。作为通用的模拟工具,ABAQUS除了能解决大量的结构(应力/位移)问题外,还可以模拟其他工程领域的许多问题,例如热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析(流体渗透/应力耦合分析)及压电介质分析。文中对如图1所示的T型钢筋混凝土梁进行了数值模拟。T型钢筋混凝土梁的参数如下:T型梁的跨度为10.0m,混凝土为C20级(fc=10.0N/mm2),采用#级钢筋(fy=360N/mm2),梁承受的荷载为8.125kN/m,如图2所示,阴影部分表示为外贴钢板,钢板厚度为20mm,混凝土弹性模量为2.55 1010N/m2,钢的弹性模量为2.1 1011N/m2

。

拉应力为抗压应力的1/10,拉应力未到混凝土的极限,混凝土没有开裂。最大压应力为0.29MPa,小于fc=10MPa,钢筋最大拉应力为4.1MPa,钢板最大拉应力为5.1MPa,钢筋和混凝土满足要求。如图4所示为ABAQUS计算的混凝土第一主应力云图,通过云图可以看出在跨中梁下方混凝土所受拉应力较图3明显减少,梁上方承受的压应力有所增大,钢板对梁有着补强作用,在相同荷载作用下,可以避免混凝土的开裂,

减少挠度。

2.3 两种梁的计算结果比较

如表1所示为相同荷载作用下两种梁计算结果的对比,通过二者对比可以看出钢板混凝土梁的挠度有所减少,可显著提高混凝土梁的承载力。没有钢板的混凝土梁会开裂,加了钢板的混凝土梁,混凝土的拉应力明显减小,可有效避免混凝土开裂。

表1 两种梁计算结果对比

梁类型钢筋混凝土梁钢板混凝土梁

最大挠度混凝土最大拉混凝土最大压mm应力/MPa应力/MPa0.680.52

1.00.55

0.260.29

钢筋最大拉应力/MPa

6.64.1

混凝土是否开裂开裂不开裂

2.1 钢筋混凝土梁的计算

对于钢筋混凝土,ABAQUS中混凝土的加筋可以分两种情况施加:1)采用rebar进行加筋,但是在后处理中看不到钢筋的受力情况;2)采用杆单元,用embedded命令嵌入到混凝土单元中,这样便可在后处理中看到钢筋的受力情况。

文中采用的是第二种方法,混凝土采用C3D8R六面体单元模拟,钢筋采用T3D2杆单元模拟。通过计算得出钢筋混凝土梁最大挠度 =0.68mm,跨中混凝土的最大拉应力为1.0MPa,对于混凝土材料来说,抗拉应力为抗压应力的1/10,此时拉应力已经发挥到混凝土的极限,混凝土已开始开裂,出现裂缝。混凝土最大压应力为0.26MPa,远小于fc=10MPa,钢筋最大拉应力为6.6MPa,钢筋和混凝土满足要求。如图3所示为ABAQUS计算的混凝土第一主应力云图,通过云图可以看出在跨中梁下方混凝土承受较大的拉应力,而梁上方承受压应力较小。

3 结语

1)对于钢筋混凝土或钢板 钢筋混凝土等多种复合材料的结构分析,理论计算较为复杂,而采用ABAQUS进行有限单元法进行计算是一种比较简单有效的方法。2)通过有限元计算结果对比表明,采用钢板加固钢筋混凝土梁可以减小梁的挠度和改善混凝土的受力状态,补强钢筋混凝土结构。3)采用钢板加固的钢筋混凝土梁,跨中拉应力较普通钢筋混凝土梁有明显降低,这说明提高了梁的强度,增加了构件抵抗破坏的能力。4)在保证钢板与混凝土梁协同工作条件下,采用钢板加固梁钢筋混凝土结构是一种可靠有效的方法。参考文献:

[1]庄 茁,张 帆,岑 松,等.ABAQUS非线性有限元分析与实

例[M].北京:科学出版社,2005.

[2]殷 波.ANSYS在玻璃钢 混凝土复合材料结构中的计算分析[J].扬州大学学报,2004(1):89 90.

[3]曾祥蓉,江世永.预应力碳纤维布加固混凝土梁非线性有限元分析[J].湖南科技大学学报,2004(3):89 90.

[4]姚增根.复合钢承板在上海金茂大厦楼面施工中的应用[J].

建筑施工,1998(8):67 68.

2.2 钢板 混凝土复合梁的计算

对于钢板 混凝土梁的计算,文中假定钢板与混凝土没有滑移,完整连接,通过计算得出钢筋混凝土梁最大挠度 =0.52mm,

跨中混凝土的最大拉应力为0.55MPa,对于混凝土材料来说,抗

Analysisofsteel concretecompositestructurewithABAQUS

ZOULin LIGang ZHANJin lin

Abstract:Inthisarticle,weuseABAQUSsoftwaretosimulatesteel platereinforcedconcretecompositematerialstructure,analysistwokindsofbeamcondition,toshowadvantageofsteel platereinforcedconcretestructure,itproofsthefeasibilityofadoptingsteelplates concretestruc tureundertheconditionoftheco operatingofsteelplatesandconcrete.Keywords:compositematerial,ABAQUS,FEM,reinforceconcrete