基于 C40混凝土在不 同应变速率下的单轴抗压试验结果 ，利用 ANSYS有限元分析程序中的 Solid65单元建立混凝土 试件的有限元计算模型，较真实的模拟混凝土在 4种不同应变速率下由开裂到破坏的变化情况 ，通过程序计算得 出混凝土试件 的裂缝发展图和混凝土试件的破坏形态 ，探究混凝土的破坏机理 ，为进一步研究混凝土的动态力学性能提供设计理论依据。 关键词 ： 混凝土 ；应变速率；有限元分析 ；ANSYS 中图分类号： TU528．01 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1002—3550(2013)Ol一0037—02 Num ericaIsimulation ofconcretecrackunderdi仟erentstrain rate SUN J／-shu，LⅡ，Lu—liang，DOU Yuan-ming (SchoolofCivilEngineering，HebeiUniversityofTechnology，Tianjin300401，China) Abstract： Basedonthesingleaxisanti—pressuretestresultsofC40concreteunderdifferentstrain rate，byusingSolid65un itofANSYS finiteelement program ，finiteelementcalculationmodelofconcretespecimenwasestablisheckTheevolutionofcrackpatternsan dfailure modeofconcretewereinvestigated．Crackdevelopmentan dfailuremode sofconcretespecimenWas establishedthroughtheprogram calcu- latestoexplorethemechanism ofconcretedestruction．ItCallprovidefurtherresearchan ddesigntheoryofconcreteonmechan icalproperties． Keyw ords： concrete；s~ain rate；finiteelementan alysis；ANSYS 0 引 言 混凝土是人类创造 的最古老的建筑材料之一。混凝 土 材料 已经遍 及港 口堤坝 、高楼大厦 、桥梁隧道 、公路路 面 、 铁路 枕轨 、海上钻井平 台、人 防国防工程 以及特殊工程 等 各个工程领域 。这些混凝 土结构在使用过程 中均可能会面 临地震 、海 啸 、爆炸 、撞击等动态荷载 的作用 。因此 保证混 凝土结构在 动态荷载作用下 的稳定性与安全性成 为广 大 土木工程师必须解决的问题 ，通过分析混凝土结构在动态 荷载作用下 的力学与变形特性 ，为混凝 土的设计提供理论 依据 ，以保证结构 的安全。1967年有 限元方法就开始用 于 混凝土结构 的分析 ，至今 混凝土 的数值计算方法得到 了快 速 的发展 ，混凝 土的开裂 ，混凝土的非线性多轴应力应变 关系 ，钢筋 与混凝土之间的相互作用等 比较复杂的 因素都 可 以用有 限元方法进行分析。 常见的动态 问题有 ：地震作用 下结构 物的震动 ，爆 炸 荷载作用 下防护工程 的动力反应 ；ANSYS中的瞬态动力 学分析 主要用 于确 定承受任意随时间变化荷载 的结构动 力学响应 ；可以确定结构在静态荷载 ，动态荷载 ，瞬态荷载 等任意荷载组合下结构的位移，应力、应变等随时间变化 的规律 ，求解 瞬态动力学分析的方法有完全法 ，缩减法 和 模态叠加法 。混凝 土宏观试验的变形特性与混凝土内部裂 收稿日期：2012-07-26 基金项 目：国家 自然科学基金项 目(50878073) 缝 的发展密切相关 ，本研究利用 ANSYS有限元程序 中的 瞬态分析模 块求解混凝 土在不 同应变速率下的裂缝 变形 特性 ，分 析研究 C40混凝 土在应 变速率 为 1xl0 、1xlO 、 lxlOq、lxlO~S一(相当于 8mm／600s、8mm／60s、8mm／6S、 8mm／O．6s)不同应 变速率下的裂缝特性 ，取 lxlO S 为准 静态应变率[1]。 1 有限元模型建立与网格划分 本研 究 有 限元 分 析采 用 的试 件 为 70mmx70mmx 200mill的棱柱 体。混凝 土有限元模型采用映射网格 划分 共 有 27个 Solid65单元 ，试 件 的单元 划分 如 图 1所 示 。 Solid65称为 3D加筋混凝土实体单元 ，用 于模拟元筋或加 筋的实体结构，具有受拉开裂和受压破碎性能 ，Solid65单元 由 8个节点定义 ，每个节点有 3个 自由度 ，即沿节点 坐标 系 的平动位 移。Solid65单元最重要 的是对材料非线性 的 处理 ，具有开裂与压碎性能可以模拟混凝土的开裂 ，压碎 ， 塑性变形及 徐变 。Solid65单元本构关 系的判断在破坏准 则之前 。如果考 虑混凝 土的压 碎破坏 ，有限元模 型会较早 失效 ，得不到真实极限载荷 ，所 以在一般情况下 ，不推荐使 用压碎判据 Crush，而使用塑性或塑性下降段 ，在 Concrete DataTable里面 ，设定单轴抗压强度为负 1，后 面围压等 4个 参数不要设定 ，此时相 当于是带有 “拉力 截断”(Tension

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