一種新老混凝土黏結(jié)約束收縮有限元模型的構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種新老混凝土黏結(jié)約束收縮有限元模型的構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土的收縮是一種必然現(xiàn)象，是指混凝土在不受力的情況下， 因變形需產(chǎn)生的體積減小。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)處于自由狀態(tài)時，這樣的收縮不會導(dǎo)致不良后果。 然而在實(shí)際的加固工程中，新老混凝土相互黏結(jié)，而老混凝土往往收縮已經(jīng)基本停止，新澆 混凝土要收縮就會受到老混凝土的約束而引起拉應(yīng)力。如果拉應(yīng)力超過新混凝土的抗拉強(qiáng) 度或新老混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度，就容易產(chǎn)生裂縫，影響結(jié)構(gòu)的承載力和耐久性。因此，在設(shè)計(jì) 時需要建立一種簡單實(shí)用的新老混凝土黏結(jié)收縮有限元模型，便于分析新老混凝土黏結(jié)收 縮引起的應(yīng)力與變形問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種新老混凝土黏結(jié)約束收縮有限元模型的構(gòu) 建方法，建立相應(yīng)的有限元模型用以分析新老混凝土黏結(jié)收縮引起的應(yīng)力與變形問題。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種新老混凝土黏結(jié)約束收縮有限 元模型的構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0005] 步驟Sl :利用ABAQUS有限元軟件中的線性縮減積分單元建立新老混凝土模型；
[0006] 步驟S2 :所述新老混凝土模型中通過定義接觸將新混凝土與老混凝土聯(lián)系起來， 不考慮新混凝土與老混凝土之間的黏結(jié)滑移，采用綁定約束來模擬黏結(jié)；
[0007] 步驟S3 :確定混凝土的徐變系數(shù)#V /)即
[0009] 式中：t為混凝土齡期，t。為混凝土開始受荷的時刻，E(t)為混凝土 t時刻的彈性 模量，J (t，t。）為混凝土的徐變函數(shù)；
[0010] 混凝土的徐變函數(shù)采用B3模型，即：
[0011] J (t, t〇) = q!+C〇 (t, t〇) +Cd (t, t〇, ti)
[0012] 式中：Q1= 0. 6X 10 6/E2S，CQ(t, t。）為混凝土的基本徐變函數(shù)，Cd(t, t。, h)為混凝 土的干燥徐變函數(shù)，h為混凝土開始干燥收縮的時刻且t t。；
[0013] 所述基本徐變函數(shù)C。(t, t。）的表達(dá)式為：
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[0022] 上面各式中：c為混凝土的水泥用量（kg/m3)，W/c為水灰比，a/c為骨灰比，f。 為混凝土的圓柱體抗壓強(qiáng)度；
[0023] 所述干燥徐變函數(shù)Cd (t，t。，D的表達(dá)式為：
[0027] 式中：ε sh, "為混凝土的最終收縮值，h為環(huán)境的相對濕度且0彡h彡1，
[0030] 式中：V/S為構(gòu)件的體表面積比；
[0031] 步驟S4 :計(jì)算混凝土的彈性模量E⑴隨齡期的變化，即：
[0033] 式中：E。為混凝土彈性模量終值，t為混凝土齡期，α、β為常數(shù)，其中β為1，α 為-0· 09 ;
[0034] 再將△ tn時間間隔內(nèi)的彈性模量取為一定值，取此時間間隔內(nèi)中點(diǎn)時刻的彈性 模量，即[=(U+U/2 = υ0.5Δ〖"時刻的彈性模量，考慮混凝土徐變的影響，將該時間 間隔內(nèi)的彈性模量用混凝土的有效彈性模量來代替，即F'⑴=卩?《)/(丨+舛?，·:，其中， Mi，心)為混凝土的徐變系數(shù)；
[0035] 步驟S5 :約束收縮分析方法采用當(dāng)量溫差法，將收縮產(chǎn)生的變形換算成引起同樣 大小變形所需的溫度差，首先根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測值擬合出新混凝土的自由收縮esh(t)的計(jì)算 式，然后將收縮換成收縮當(dāng)量溫差Tsh (t)，即：
[0037] 式中：α為新混凝土的線膨脹系數(shù)；
[0038] 然后將所述收縮當(dāng)量溫差Tsh (t)作為場荷載加載到新混凝土上，以實(shí)現(xiàn)新混凝土 的收縮。
[0039] 進(jìn)一步的，所述步驟Sl中新老混凝土模型的單位尺寸為10mm。
[0040] 進(jìn)一步的，所述步驟S2中綁定約束的接觸屬性用一下關(guān)鍵詞來定義：
[0041 ] *Tie，name =〈接觸屬性的名稱〉，adjust = yes
[0042] 〈從面名稱〉，〈主面名稱〉
[0043] 所述新老混凝土模型中將新混凝土的黏結(jié)面定義為從面，將老混凝土的黏結(jié)面定 義為主面。
[0044] 進(jìn)一步的，所述步驟S5中當(dāng)量溫差法的命令流為：
[0045] ^Initial Conditions, type = TEMPERATURE
[0046] 〈節(jié)點(diǎn)集合或節(jié)點(diǎn)標(biāo)號〉，〈初始溫度〉，……
[0047] ......
[0048] ^Temperature
[0049] 〈節(jié)點(diǎn)集合或節(jié)點(diǎn)標(biāo)號〉，〈改變后溫度值〉，……。
[0050] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：本發(fā)明采用彈塑性分析的方法，考慮 了新老混凝土黏結(jié)的特點(diǎn)及混凝土徐變等特性，并采用"當(dāng)量溫差法"作為約束收縮分析方 法，所得到的有限元模型既簡便又與實(shí)際情況相一致，其分析結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較十分 接近，可以用來分析由于新混凝土的約束收縮而產(chǎn)生的變形及應(yīng)力分布。
【附圖說明】
[0051] 圖1為本發(fā)明有限元模型示意圖。
[0052] 圖2為本發(fā)明有限元模型變形模擬圖。
[0053] 圖3為本發(fā)明黏結(jié)試件的測點(diǎn)布置圖
[0054] 圖4a為本發(fā)明有限元模型測點(diǎn)2的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較圖。
[0055] 圖4b為本發(fā)明有限元模型測點(diǎn)3的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較圖。
[0056] 圖5為本發(fā)明有限元模型收縮應(yīng)變示意圖。
[0057] 圖6為本發(fā)明有限元模型應(yīng)力分布云圖。
[0058] 圖7為本發(fā)明有限元模型跨中截面正應(yīng)力云圖。
[0059] 圖8為本發(fā)明有限元模型結(jié)面上的剪應(yīng)力云圖。
[0060] 圖中：1-新混凝土；2-老混凝土；3-黏結(jié)面。
【具體實(shí)施方式】
[0061] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0062] 請參照圖1，本發(fā)明提供一種新老混凝土黏結(jié)約束收縮有限元模型的構(gòu)建方法，包 括以下步驟：
[0063] 步驟Sl :如圖1所示為本發(fā)明的有限元模型示意圖，利用ABAQUS有限元軟件中的 線性縮減積分單元（C3D8R)建立新老混凝土模型，為了保證計(jì)算的精度所述新老混凝土模 型的單位尺寸為IOmm。
[0064] 步驟S2 :所述新老混凝土模型中通過定義接觸將新混凝土與老混凝土聯(lián)系起來， 不考慮新混凝土 1與老混凝土 2之間的黏結(jié)滑移，采用綁定約束（tie)來模擬黏結(jié)，所述綁 定約束的接觸屬性用一下關(guān)鍵詞來定義：
[0065] *Tie，name =〈接觸屬性的名稱〉，adjust = yes
[0066] 〈從面名稱〉，〈主面名稱〉
[0067] 所述新老混凝土模型中將新混凝土 1的黏結(jié)面3定義為從面，將老混凝土 2的黏 結(jié)面3定義為主面。
[0068] 步驟S3 :確定混凝土的徐變系數(shù)爐，即
[0070] 式中：t為混凝土齡期，t。為混凝土開始受荷的時刻，E(t)為混凝土 t時刻的彈性 模量，J (t，t。）為混凝土的徐變函數(shù)；
[0071] 混凝土的徐變函數(shù)采用B3模型，即：
[0073] 式中：Q1= 0. 6X 10 6/E2S，CQ(t, t。）為混凝土的基本徐變函數(shù)，Cd(t, t。，h)為混凝 土的干燥徐變函數(shù)，h為混凝土開始干燥收縮的時刻且t t。；
[0074] 所述基本徐變函數(shù)C。(t, t。）的表達(dá)式為：
[0083] 上面各式中：c為混凝土的水泥用量（kg/m3)，W/c為水灰比，a/c為骨灰比，P。 為混凝土的圓柱體抗壓強(qiáng)度；
[0084] 所述干燥徐變函數(shù)Cd (t，t。，h)的表達(dá)式為：
[0088] 式中：ε sh, "為混凝土的最終收縮值，h為環(huán)境的相對濕度且0彡h彡1，
[0091] 式中：V/S為構(gòu)件的體表面積比；
[0092] 步驟S4 :計(jì)算混凝土的彈性模量E (t)隨齡期的變化，即：
[0093] E(t) = E0 (I-β e〇t)
[0094] 式中：E。為混凝土彈性模量終值（MPa)，可按規(guī)范取值，t為混凝土齡期（d)，a、β 為常數(shù)，其中β為1，a為-0.09;
[0095] 再將△ tn時間間隔內(nèi)的彈性模量取為一定值，取此時間間隔內(nèi)中點(diǎn)時刻的彈性 模量，即[ = +^)/2 = U +0.5Δ?"時刻的彈性模量，考慮混凝土徐變的影響，將該時間 間隔內(nèi)的彈性模量用混凝土的有效彈性模量來代替，即五':ω=:￡·(??)/(1+.^?，0)，其中， U為混凝土的徐變系數(shù)；