有关预应力钢带约束混凝土柱有限元毕业论文写作资料-论文写作网

简介:关于对写作混凝土应力论文范文与课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文混凝土应力论文开题报告范文和相关文献综述及职称论文参考文献资料下载有帮助。

混凝土应力论文范文

摘要：本文运用ANSYS对已试验的预应力钢带约束混凝土方柱进行了数值模拟,详细介绍了ANSYS模拟的建模方法,包括单元类型和本构关系的选取,网格划分以及预应力的施加等,并将模拟结果与试验结果进行对比,模拟结果与试验结果吻合较好,表明模拟过程中选取的材料模型、单元和分析模型是合理的,能够有效地分析预应力钢带约束混凝土方柱的轴心受压性能.

Abstract: This essay uses ANSYS to simulate prestressing concrete square columns confined with prestressed steel strip, and details the modeling methods for ANSYS simulation, including the selection of element type and its constitutive relations, the mesh and pre-stressing etc., and the simulation results are compared with experimental results. The simulation results are in good agreement with the experimental results, indicating that during a simulation the selected of material model, element and analysis model is reasonable, it can effectively analyze the axial compression performance of concrete columns confined with prestressed steel strip.

应力:什么叫做混凝土应力松弛效应

关键词：数值模拟；预应力钢带；约束混凝土

Key words: simulation；prestressing steel strip；confined concrete

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）30-0101-03

0 引言

预应力钢带加固技术[1]通过钢带对结构构件施加横向预拉应力,此时构件会形成横向约束,有利于延缓结构裂缝及提高结构承载力和延性.作为一种新型混凝土结构加固技术,由于其还没有经过大量的实践验证,还处于探索研究的初级阶段,导致在实际的应用中该技术受到很多限制,无法真正的发挥其作用,因此目前的当务之急就是尽快完善相关的理论研究.本文采用有限元分析软件[2]ANSYS对已试验的预应力钢带约束试件[3]进行分析,可以得到试验不能采集到的加固试件各部位的应力分布,更深入地了解预应力钢带约束混凝土柱的力学性能.

1. 材料模型

1.1 试验介绍试验通过1个普通混凝土方柱和4个钢带约束混凝土方柱轴压试验,混凝土强度等级为C35,试件尺寸150mm×150mm×550mm,考察钢带间距和钢带层数对钢带约束混凝土柱承载力和延性的影响,钢带间距分50mm、100mm两种,钢带层数为一层、两层,试验参数见表1.为增强钢带对混凝土的约束力,加固柱均进行倒角,倒角半径20mm.加固方案如图1.具体试验过程及分析见相关文献[3].

1.2 模型简化及相关规定在保留重要参数基础上,为简化分析约束试件的受力性能,建模时做以下假定：①忽略钢带与混凝土间的接触滑移,做完全粘结处理；②只考虑钢带平面内的应力应变,忽略钢带的平面外抗弯刚度；③为建模方便,钢带宽度由32mm改为30mm.

1.3 材料模型采用多线性等向强化模型MISO,混凝土单轴应力应变关系采用GB50010—2010规定的公式[4].钢带和刚垫板采用双线性随动强化模型.

2. 模型建立

2.1 单元模型选取及参数输入混凝土材料采用ANSYS中专门的混凝土单元Solid65模拟.钢带用膜单元Shell41来模拟.钢垫板用常用的Solid45模拟.

Solid65单元[5]开裂剪力传递系数, 闭合剪力传递系数,混凝土抗压强度,即排除混凝土的压碎因素,如此更便于求解.

钢带的层数变化通过设置 Shell41单元实常数Real Constant中单元厚度来模拟.

2.2 单元划分和边界条件由于单元网格划分的质量好坏和最终的分析结果有着直接的关系,因此在实际的模型制作中应注意综合考虑很多的因素,保证单元网格的划分符合相关质量要求.如图2.

2.3 预应力的施加对钢带施加预应力采用等效温度法,通过TEMP材料和线膨胀系数设定温度,通过改变温度给钢带施加预应力,预应力加载后钢带和混凝土应力见图3.

2.4 加载及收敛准则第一步温度加载,第二步力加载.需要注意的是由于温度加载比较特殊,要想保证加载真正的发挥作用了,应使用重启动分析[6].

破坏极限状态是在满足以下任一条件时形成的：一是钢带因为达到屈服强度被破坏,致计算终止；二是在实际的计算中因为迭代次数大于五十次,加载步减半继续计算,若重复减半大于一千次仍不能收敛,认为混凝土已产生了很大的塑性变形而达到破坏极限状态.

3. 有限元结果分析

3.1 混凝土柱应力分析

通过对比分析混凝土柱的等效应力图（SEQV）,可以看大单层加固的约束柱Z1-1在峰值荷载时最大混凝土应力是25.181MPa,Z3-1在峰值荷载时最大混凝土应力是25.217MPa,几乎整个柱身表面都会受到该作用力.而经过双层加固的约束柱Z1-2和Z3-2在峰值荷载时最大混凝土等效应力分别达到33.882MPa和50.6MPa,两者分别作用到柱身的不同位置,属于应力集中现象；而柱身表面大部分区域应力分别为26MPa和28.3MPa,说明要想提高约束混凝土的强度,钢带加层是一个有效手段,需要注意的是必须严格依照相关的规范标准进行操作,保证混凝土的应力集中不被破坏.

对比分析钢带约束处截面的轴向应力图（SZ）,不难发现,因为钢带的约束作用,截面轴向应力作用到对角线及核心区时会形成强力约束,其承受较大的压力,也就是所谓的有效约束区.反之,由于截面边长靠近表面的中部承受的压力较小,约束作用小,其是非有效约束区.混凝土和横截面应力图如图4所示.

3.2 钢带应力分析

对比分析最终破坏时的钢带应力云图S1.发现单条钢带的应力分布趋势通常是中部大,角部小,这是因为角部受到的钢带约束作用大,导致其混凝土膨胀作用弱,而中部受到的钢带约束作用小,导致其混凝土膨胀作用强,故论文范文的钢带应力最大.钢带应力示意图如5所示.

对整个柱子来说,钢带最大应力处在靠近柱端约130mm的某条钢带上.当为双层时,试件Z1-2最大应力发生在柱中段位置,而约束率最大的双层50间距约束柱Z3-2在峰值荷载处最大应力发生在柱中段角部和靠近端部的整条钢带上,这可能是由于加固率太大导致在柱角部产生了应力集中.相比而言,双层柱在峰值荷载处钢带达到最大应力的位置要更广泛一些.

3.3 荷载位移曲线分析

对比分析各约束构件的荷载位移曲线（图6）,得出以下结论：①分析加固柱的荷载位移曲线发现,该曲线具有明显的双线性.②在钢带间距相等的情况下,极限承载力和延性会随着钢带层数的增加而提高.钢带间距50mm的加固柱承载力提高幅度要更大一些.③同一钢带层数下,随钢带间距的减小,极限承载力和延性均得到提高.

由表2得,受压承载力试验值和模拟值的偏差较小,在5%以内.有限元分析得到的结论和试验所得结论一致,达到了验证试验的目的.

4. 总结

本文通过利用ANSYS软件数值模拟了预应力钢带约束混凝土方柱,全面介绍了该模拟的建模方法,同时对比分析了模拟结果和试验结果,得出以下结论：①提高约束柱的承载力可通过减少钢带间距或增加钢带层数实现；减小钢带间距效果更为明显.②从混凝土应力切片云图上,可以看到有效对角约束区,验证了钢带约束理论.③分析约束柱的荷载位移曲线发现,其表现出明显的双线性,在加载后期,随混凝土横向膨胀,由于钢带的约束作用,使受压承载力有一个新的上升段.

最终的模拟结果和预想结果是一致的,这说明模拟过程是完全科学合理的,符合相关规范标准,同时这也表明了数值模拟方法能够更深入地了解预应力钢带约束混凝土柱的力学性能.

参考文献：

[1]殷结峰.兰州地区办公室层状通风方式下室内环境数值模拟研究[D].兰州理工大学硕士论文,2012-06-01.

[2]闫丽萍.高强钢筋高强混凝土预应力梁短期刚度试验研究[D].合肥工业大学硕士论文,2013-04-01.

[3]杨双林.双层金属机匣模拟包容性试验及数值分析[D].南京航空航天大学硕士论文,2010-01-01.

[4]GB50010-2010,混凝土结构设计规范[S].

[5]杨芸.钢筋混凝土平板结构冲切破坏与剪切破坏的研究[D]. 安徽理工大学硕士论文,2009-04-15.

[6]李代力,王智化,许岩韦,王华,吕钰,刘建忠,周俊虎,岑可法.燃尽风配风比例对1000MW超超临界锅炉炉内燃烧过程影响的数值模拟[J].能源工程,2012-08-20.

总结：本论文是一篇免费优秀的关于混凝土应力论文范文资料，可用于相关论文写作参考。

应力引用文献: