内容发布更新时间 : 2024/6/4 21:42:40星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

火灾后钢筋混凝土节点钢筋粘结滑移模拟

钢筋混凝土节点在受到火灾作用后，钢筋与混凝土之间的粘结力出现了大幅度的下降，这就导致了两者之间较大的粘结滑移现象。在进行钢筋混凝土节点抗震性能研究的时候，其滞回曲线出现了大的滑移现象，这与两者之间粘结力下降导致的滑移量增大有着直接的关系。在ABAQUS中利用非线性弹簧单元来模拟两者间的粘结滑移是比较合适的，下面介绍弹簧单元及在本次模拟中的应用。

第一部分：弹簧单元

弹簧单元时一种连接单元，在ABAQUS中它具有以下的性质：

1.能够将力和相对位移联系起来

2.在ABAQUS/CAE中能够将相对转角和弯矩联系起来 3.可以是线性的也可以是非线性的

4.如果是线性弹簧，可以基于频率直接进行稳态动力分析 5.也可以基于温度和其他场变量的求解

6.可以通过虚拟的弹簧刚度来模拟理想状态下的结构阻尼因子 弹簧单元始终利用力和位移来描述。当弹簧与某一自由度上的位移相关时，相对位移和力这些变量就在弹簧单元中表现。如果弹簧单元与某一自由度上的转角相关，它就是扭转弹簧，相对转角通过弹簧转化成弯矩。

粘滞性弹簧的行为在ABAQUS/CAE中可以通过频变弹簧和频变阻尼的组合成功模拟。 典型应用

弹簧单元被用来模拟实际的物理弹簧和理想化的轴向扭转组件。还可以模拟阻止刚体运动的反力。它们还可以通过假设的弹簧刚度指定结构阻尼系数来模拟结构的阻尼。 选择适当的单元类型

Spring1，Spring2单元可以应用在隐式分析中，Spring1用在定义点和区域之间，Spring2用在定义点和点之间，这两种单元作用的都是以特定的方向。

SpringA可以应用在显示分析也可以应用在显式分析中，通过连接两个节点的作用线产生作用，因此在大的位移相应分析中这个作用线可能会产生旋转。

Spring1，Spring2弹簧单元都能够定义位移和旋转的自由度（后种情况被称为扭转弹簧）。然而，在大位移响应分析时应用扭转弹簧需要仔细考虑在节点上整体的转动情况。因此，在大位移响应分析时，连接单元应用的比扭转单元更加广泛。 Input 文件使用方法

使用下面的方式定义点和区域间的作用方向不变的弹簧 *Element,type=Spring1

使用下面的方式定义点和点的作用方向不变的弹簧 *Element,type=Spring2

使用下面的方式定义点和点的作用方向由两点间的作用线定义的弹簧 *Element,type=SpringA

ABAQUS/CAE使用方法

在Property和Interaction模块中：点击SpecialSprings/DashpotsCreate，然后选择下列方式定义不同的弹簧单元：

Connect Points to Ground:选择点，然后定义弹簧刚度（等同于Spring1）

Connect two Points :选择Axis：specify fixed direction，然后定义弹簧刚度（等同于Spring2）

Connect two Points :选择Axis：Follow line of action，然后定义弹簧刚度（等同于SpringA）

在显式分析中的稳定性

SpringA单元引入了两点之间的刚度但是没有引入与之相关的质量。在隐式动态分析中这代表着一个无可避免的不稳定因素。弹簧的节点不可避免的会有一些附加质量，通过相邻节点的贡献；如果这个条件不满足，ABAQUS/Explicit将会出现一个错误信息。如果这个弹簧单元不是太刚强（相对于相邻的），稳定的时间增量由隐式动力方程确定将能够保证计算的稳定。

相对位移的定义

相对位移的定义是取决于单元类型的，不同的弹簧单元相对位移的概念是不同的。 1.Spring1

对于Spring1单元来说，相对位移就是在i方向上，弹簧几点的位移。

?u?ui

2. Spring2

对于Spring2单元来说，相对位移就是弹簧的第一个节点在i方向的位移与第二个节点在j方向的位移的差值。

?u?ui1?u2j

Spring2单元如何按照上述公式起作用是非常重要的，应为这种弹簧可以完成许多不好描述的行为。例如，当按照图3-1所示方式建立Spring2单元就会形成一个压缩弹簧。

图3-1：压缩弹簧示意图

12如果节点位移为ui?1、uj?0，弹簧就表现为压缩，此时在Spring2上的力就是正的。

要想获得拉伸弹簧，Spring2单元需要按照图3-2所示进行建立。

图3-2：拉伸弹簧示意图

3.SpringA

对于几何线性分析来说，相对位移就是沿着SpringA单元规定的方向上发生的位移。

?u?X1?X2?X11?X?X?X2??12??u1?u2

2??其中X是弹簧单元在第一个节点的参考方向，X是弹簧单元在第二个节点的参考方向。

对于几何分线性分析来说，SpringA单元的相对位移是弹簧单元咋长度方向上最初和当前状态的改变量。

?u?l?l0

其中l??x1?x2?x1?x2是当前弹簧单元的长度，l0是最初的长度。这里的x1和

???x2是弹簧节点当前位置。

SpringA单元中任何一种情况，当受拉时力就是正的。 定义弹簧行为

弹簧可以定义为线性的也可定义为非线性的，在任何一种情况中，用户都必须将弹簧行为和作用的区域的定义出来。 INP文件的定义方法：

*Spring, Elset=name

其中Elset（单元集合）需要指定一个弹簧单元集合。 ABAQUS/CAE中的定义方法：

点击主菜中Special

Springs/Dashpots

Create，在提示区提示用户选择关联的方

式，一般选用Select points。

定义线性弹簧的行为：

用户通过一个恒定的弹簧刚度来定义线性弹簧。（弹簧刚度定义为力与相对位移的比值）能够定义弹簧刚度随温度和场变量的变化规律。对于直接解稳定状态的动态分析，弹簧刚度还可以定义为依赖于频率，当然也依赖于温度和场变量。 INP文件的定义方法：

*Spring, Dependencies=n First data line

Spring stiffness ,frequency, temperature, field variable 1,ect. ……

ABAQUS/CAE中的定义方法：

点击主菜中Special

Springs/Dashpots

Create，在提示区提示用户选择关联的方

式，一般选用Select points。在PropertySpring stiffness。

定义非线性弹簧

用户可以通过一组力和相对位移的数据来定义非线性弹簧的力学行为。这些数据中的位移需要按照升序排列并且需要定义一系列大范围位移数据来保证定义的正确性。