FEA建筑实例——钢筋混凝土梁粘结滑移分析-舒哲

钢筋混凝土粘结滑移特性的研究现状第3誊第4期2004年12月南通工学院(自然科学版)JournalofNa nton gI nstituteofTech nology(NaturalScie nee)V0] .3No.4Dec.2Oo4文章编号：1671—5314(2004)04—0051—06钢筋混凝土粘结滑移特性的研究现状陈建平，徐勋倩，包华(1.筑源设计有限公司，江苏南通226007;2南通大学，江苏南通226007) 摘要:钢筋与混凝土之间的粘结滑移性能是许多学者一直致力于研究的热点课题•然而由于钢筋与混凝土临界面传力机理复杂，影响因素多，试验手段的不同和量测技术的差异等导致了实验数据分散，因此至今尚未得出比较致的通用公式•文章主要从试验方法，本构关系和有限元分析等方面对国内外研究现状逐一进行简述.关键词:粘结滑移；试验方法;本构关系；有限元分析中图分类号:TU528.571文献标识码:AResearchStatusoftheB on —-slipbetwee nRei nforci ngSteelBara ndCon creteCHENJian—ping~,XUXun —qian ” ~,BAOHua2(1.Zhuyua nDesig nCompa nyLtdNa nto ng226000,Chi na;2.Na ntongUni vers ity,Na nto ng226007,Chi na)Abstract:Ma nyresearchershavebee ndevoti ngthemselvestothestudyofthebe nd—slipbetwee nreinforcin gsteelbara ndcon-crete.However,becauseofthecomplexityofthetra nsferri n—force on thei nter facebetwee nthem,a nu mberoffactorsa nddiffer-en ttestsa nddiversesurveyshaveledtosporadicexperime ntaldata.sOwehave n thada nyuni formformulauptotheprese nt.In thispaper,externala ndi nter nalresearchstatusofthetests,thec on stitutiverela tio nshipa ndFEMa nalysisRredi~ussedbriefly on eby one.Keywords:b ond—slip;test;c on stitutiverelati on ship;FEMa nalysis:钢筋和混凝土这两种性质不同的材料之所以能有效地结合在一起共同工作，主要是由于混凝土硬化后钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结力.相对于这种结构理论的其它领域的发展来说，人们对钢筋与混凝土的粘结性能的研究起步较晚，这主要是受到试验手段和计算理论的局限所致.例如钢筋与混凝土的粘结应力和滑移的量测非常困难，早期缺乏准确量测这些数据的设备和手段•另外，作为对钢筋混凝土粘结性能进行理论分析的一个重要方法和有力工具有限元法，是20世纪40年代提出的并随着电子计算机的迅速发展而得到广泛应用的•钢筋混凝土粘结滑移理论滞后于钢筋混凝土结构理论的其它领域，而国内在这方面的研究则更落后于国外.文章主要从研究粘结滑移的试验方法，粘结滑移经验公式以及有限元分析粘结滑移问题等方面简述国内外的研究现状.1试验方法的发展在各种钢筋混凝土构件中，根据应力性质可以将粘结应力分为两大类，筋端锚固应力和缝间粘结应力，前者如简支梁中伸入支座的钢筋端部，后者如梁底开裂后两条裂缝间的粘结应力•为了量测这些粘结应力与相对滑移之间的关系，目前主要发展了三种试验方法，即:拉拔试验（也称作拔出试验），粱式试验和轴拉试验.拉拔试验的试件根据试件中是否配置横向钢筋分为两类，无横向配筋试件主要用于量测锚固粘结应力和相对滑移量，当钢筋与｛昆凝土的粘结强度较高时，这种试件大多发生劈拉破坏，不能充分反映钢筋混凝土间粘结性能的全过程•英国的规范BSS110采用有横向配筋的试件可以克服作者简介：陈建平（1972 —），男，江苏南通人，南通筑源设计有限公司工程师，主要从事结构设计与研究.南通工学院（自然科学版）2004焦这个缺点，有些国家的规范所采用试件尺寸视钢筋直径d 的不同从10cm^10cm 到22.5cm X22.5cm 变化.由于拉拔试验具有试件制作简单，成本低,试验易于进行等特点，应用得比较广泛.早期钢筋混凝土结构中，一般简单地进行拉拔试验确定临界锚长供设计者参考.在这种试验的基础上，稍加改进可以模拟许多不同粘结锚固状态，例如:SomushianP在1989年采用了具有纵横约束的拔出试验，以模拟梁柱节点处钢筋的局部粘结强度nl,徐有邻也在同一时期，采用配有双支箍筋的拉拔试件探讨了配箍率对锚固性能的影响…•由于在钢筋混凝土构件中，钢筋锚固区除了受拉力之外，通常同时作用有弯矩和剪力，而拉拔试验不能反映这种情况，为了更好地模拟钢筋在梁端部的粘结锚固状况，可采用梁式试件.梁式试件又分为全梁式和半梁式两类，常用于模拟梁的剪跨区的斜裂缝和正裂缝处的粘结锚固状态.梁式试验缺点是试件的尺寸较大，制作成本较高,且试验较复杂.轴拉试验主要用于测量缝间粘结应力及相对滑移量，可以模拟混凝土梁在纯弯段主裂缝间的粘结特性•试验时，一对相互平衡的力作用在钢筋的两端，钢筋与混凝土间产生粘结滑移•双轴拉试验还可以模拟钢筋搭接长度的粘结特性. 目前试验方法有：拉拔试验（也称作拔出试验）, 梁式试验和轴拉试验•尽管试验方法有多种，但大多仅限于静态的或拟静态的试验研究•对于抗震要求的结构构件，还应研究动态的粘结滑移性能，由实测粘结应力的分布和钢筋与混凝土间在界面上的相对滑移，得出沿界面上一些代表位置上的局部粘结应力和局部滑移之间的本构关系，再将这个本构关系应用于有限元分析•进而，为结构的抗震设计提供可靠的依据.2典型的粘结滑移（r —s）本构关系影响钢筋与混凝土之间粘结性能的因素有很多，这些影响因素大致归纳为四大类：混凝土强度和组成成分；钢筋位置,受力方向与浇筑方向；钢筋的直径和表面形状；钢筋周围的约束条件.1）混凝土强度和组成成分当提高混凝土的强度时，它和钢筋的化学粘着力和机械咬合力随之增加，因而可以提高粘结强度•试验表明，混凝土的强度•丘越高，粘结强度越大,但比值ru/则随厶的提高而降低•有些试验还证明，混凝土的水泥用量，水灰比等也对其粘结性能有一定的影响.2）钢筋位置,受力方向与浇筑方向平位浇筑（即钢筋水平布置，浇筑方向为垂直方向）时,直接位于钢筋下面的混凝土由于下沉及泌水,不能与钢筋紧密接触，使粘结强度降低，对于变形钢筋，当钢筋的受力方向与混凝土结硬时的下沉方向相同时，粘结强度降低，滑动增大.3）钢筋的直径和表面形状钢筋的粘结面积与截面周界长度成正比，而拉应力与截面积成反比，二者之比值（4/d）反映钢筋的相对粘结面积，直径较大（如d>32inrn的钢筋相对粘结面积减小，不利于极限粘结强度的提高•钢筋的外形对粘结强度有较大的影响，例如变形钢筋的粘结强度高于光面钢筋，变形钢筋的肋高，肋间距不同也影响粘结强度.4）钢筋周围的约束条件钢筋周围的约束条件，如混凝土保护层厚度，横向配筋，纵筋间距等均直接影响钢筋与混凝土之间的粘结强度•保护层厚度增大，可提高外围混凝土的劈裂抗力，因而使粘结强度提高；横向配筋的存在延缓了径向内裂的发展，限制了劈裂裂缝的开展，因此能提高粘结强度.影响粘结强度的因素很多，使得钢筋与混凝土界面的传力机理复杂，试验所得的曲线比较分散，研究者拟合过许多粘结滑移曲线，但这些曲线之间也有较大差异，几个较具代表性的关系式有：Nilson整理试验结果拟合得到的粘结一一滑移关系的经验公式：r=9.8 10s一5.74 X Os+O.836 10(1)Houde和Mirza从62个变形钢筋模拟缝间粘结强度的试件和6个模拟锚固粘结强度的梁端试验得出一个用四次项表示的经验公式：r=5.29 10s 一2.52 10s+5.87 10533—5.47 10s(2)狄生林从梁式试件剪跨内测点的试验数据拟合的公式为：r=6.59 10s 一2.13 10s+0.22 10s⑶以上的式子中,r是粘结应力,以MPa计，滑移s是滑移，以mm计.对式(1),(2) ,(3)的比较示于图1中，图中曲线1,2,3分别代表公式(1),(2),(3).分别对滑移s求陈建平，等:钢筋混凝土粘结滑移特性的研究现状导并令导数为零，或直接观察图I即可知道上述三式均在滑移s为0.01mm至0.03mm时取得极大值. 即达到极限粘结强度时，滑移量仅为0.01〜0.03mm. 但实际上若采用大直径钢筋进行长锚试验，在接近极限粘结强度时，常可观察到高达Imm的滑移量，显然这些不能反映钢筋直径和其它因素影响的经验公式是不能在未加修改的情况下得到普遍应用的. 另外，从图I还可以看出，Nilson和Houde的曲线都有下降段，而狄生林的曲线则没有明显的下降趁势，考虑到Nilson和Houde的公式是从拉拔试验得出的而式(3)则是拟合了梁式试件剪跨内的测点数据，可见应力状态亦能显着影响粘结滑移曲线，正如狄生林在”钢筋混凝土梁的非线性有限元分析”一文'中所描述:简单地取与应力状态无关的表达形式似欠妥当.加载中并未发现粘结应力的大幅度下降.甚至在受裂缝显着影响的测点，虽然裂缝出现后粘结应力明显降低，但仍维持在一定水平上.可见裂缝附近握裹状态并未完全破坏.'因而结构抗震设计配筋时些参数的选取（如无粘结段的长度，锚固长度，钢筋直径等）缺乏必要和坚实的理论依据.6.6675.8335.oo04.1673.3332.5001.6670.833衔硒应刀/.MPtl/一狄生林/~ Curve3 一1.4-\,}ICUre2 一Houde/,,\”CUIyel —Isoz0.0D50-0I00I0I50.唧0.晒0.唧0.0350.o}o0.0450.咖0.0550.60 图I典型粘结一滑移关系图滑移/mm经验公式(1),(2),(3)形式都很简单，这样的常系数的多项式无法反映诸多的粘结锚固影响因素，因此，它们都只能适用于特定结构在特定锚固条件下的情况.上世纪8O年代后期，中国建筑科学研究院的徐有邻等人做了一系列试验，系统地研究了混凝土强度，保护层厚度，锚固长度,配箍率，钢筋直径对粘结锚固性能的影响.徐有邻在他的博士论文中给出了一个用分段函数描述的粘结滑移本构关系. 将粘结滑移曲线分成五段(微滑移段,滑移段，劈裂段,下降段，残余段)进行描述,曲线上有四个转折点,也是表达式的控制点，通过实测这些控制点的值，得出综合考虑了钢筋直径，保护层厚度，配箍率等因素影响的分段函数表达式，并用一个位置函数同时考虑不同锚固深度处的变化，建立了如下的r—s关系: r：9(r).() (4)其中()是用来描述粘结滑移关系随不同锚深变化的位置函数，它可以用锚固深度来表示，具体参见文献[4】.(s)即是用控制点描述的粘结滑移分段表达式.大连理工大学在光圆钢筋试验研究的基础上，又采用配有我国月牙纹钢筋的梁式试件进行了缝问粘结试验研究，并根据试验结果，建立了一个同时考虑了混凝土保护层厚度，混凝土和钢筋弹性模量，裂缝间距等因素影响的r—s关系式：27r.AAJ,si(25.36X10 一Id5.04X10d.~+0.29XI03d),.,一]1——广J式中，二E/Eo,E,Eo分别表示钢筋和混凝土的弹性模量,Js表示单位长度上钢筋的表面积，是裂缝间距，代表离裂缝的距离，和分别为所研究点处的滑移和粘结应力.比较上面所列举的几个r—s经验公式可知,式(1)〜(3)表达式非常简洁，应用起来也很简单，缺点是无法反映诸多因素对粘结性能的影响，只能在小范围内适用；式(4)和(5)能综合考虑各种粘结条件的影响，但表达式较复杂，应用也较为困难.影响粘结的因素太多，以至于很难得到一个真正通用而又易于应用的表达式，因此对于一些特殊的粘结问题，有必要进行单独的试验和研究•近几年，一些研究者已经开始这样做了，例如，管品武，徐有邻等人在1997年通过大量的冷轧扭钢筋粘结锚固的拉拔试验，较详细地分析了冷轧扭钢筋的粘结锚固机理，影响粘结锚固的主要因素”接着徐有邻，管品武又在1998年用拉拔试验探讨了螺旋肋钢丝的粘结锚固性能，并统计回归了粘结锚固强度； 1999年薛伟辰，康清梁基于36个拉拔试件的试验结果，对纤维塑料筋与不同介质(混凝土，水泥灌浆，环氧树脂)之间的粘结锚固性能进行了较为系统的研究•随着钢筋？昆凝土结构的耐久性成为热门课题，锈蚀钢筋与混凝土之间的粘结锚固性能也成为研究的焦点，例如:西安建筑科技大学的王林科等人米用南通工学院(自然科学版)2004焦取自使用期已逾36年的某轧钢车间屋面钢筋混凝土挡风支架梁作为试件，利用拉拔试验，讨论了锈后钢筋混凝土粘结性能”州冲国矿业大学的袁迎曙等人则采用电化学原理对钢筋混凝土拔出试件进行加速锈蚀并控制其锈蚀量，通过锈蚀变形钢筋的拔出试验探讨了锈蚀钢筋混凝土的粘结退化性能”上述关于粘结滑移的研究，主要有两个热点，一是新品种钢筋及其代用材料与混凝土的粘结滑移，另一个是钢筋锈蚀后的粘结性能•为了给结构抗震设计中的配筋问题提供理论依据，有必要对这种建筑中的抗震钢筋与混凝土动力粘结性能进行单独试验研究. 3粘结滑移有限元分析的发展用有限元法分析钢筋混凝土结构与一般固体力学中的有限元分析，在基本原理与方法上是一样的，只是在进行结构离散化时，有它的特殊性•目前构成钢筋混凝土结构的有限元模型主要有三种方式：整体式，组合式和分离式•整体式只能取得结构物在外荷载作用下的宏观反应（如结构的总体位移和应力分布情况等），组合式模型假定钢筋和混凝土两者之间的相互粘结很好，不会有相对滑移，故用有限元分析粘结滑移时，只能使用分离式模型，将?昆凝土和钢筋各自划分成足够小的单元，按照混凝土和钢筋不同的力学性能选择不同的单元形式•受到外力作用后•构件中的钢筋和混凝土之间在相互约束的同时会产生相对滑移，为模拟两者之间这种粘结约束和相对滑移，需加入联结单元•联结单元的特点是，它能沿着与联结面垂直的方向传递压应力，也能沿着与联结面平行方向传递剪应力，但不能传递拉应力近十几年来，国内外已提出了多种不同形式的联（牯）结单元模式，这方面的研究情况反映在1981 年,1987年Delft的两次混凝土力学会议，1982年， 1992年的两次” Bon di nCon Crete国际会议，以及1985 年,1992年的两次日，美RC 有限元分析讨论会的论文集中”在钢筋混凝土有限元分析中，粘结模型种类较多，有双垂直弹簧粘结模型，粘结区单元，斜压杆单元，四结点线性节理单元，六结点曲边节理单元等•双弹簧联结单元（也称为粘结链）在垂直于钢筋和平行于钢筋表面方向设置相互垂直的一组弹簧，这组弹簧是假想的力学模型，具有弹性刚度，但并无实际几何尺寸，所以可以放置在需要设置联结的任何地方，在空间问题中，可以使用两两正交的三弹簧单元•双弹簧联结单元具有形式简单，可以方便地设置在钢筋与混凝土单元之间，而不影响单元划分的优点,但它不能反映变形钢筋对混凝土的楔作用•四节点线性节理单元是一种退化了的四边形单元，即宽度等于零的四边形单元•它首先由Goodman用于岩石力学中作为节理单元，后又引伸用于各种边界接触面的单元，如钢筋与混凝土间的粘结单元•由于这种单元宽度等于零，所以可以很方便地放置于钢筋和混凝土之间而不影响单元的几何划分•又由于这种单元由四边形单元退化而来，可以与四结点平面等参单元建立更为协调的关系•六结点曲边节理单元的上下边界都是曲线，单元的宽度可以采用有限厚度，也可假定为零，它是为了使节理单元能与八节点等参单元联结而提出的.Groot在1981年提出了粘结区单元，这种单元假定钢筋外围有一厚度为 B的圆柱体滑移层，它由一系列平行的受压锥体组成，用以模拟出现内部斜裂缝后，混凝土被分割成锥状的软化层.粘结区单元在模拟粘结作用上比双弹簧单元有本质上的改进，它能反映变形钢筋的楔作用，但由于它是有实际尺寸的轴对称单元，用于二维或三维有限元分析时，在单元划分上将带来很大的复杂性，而且计算工作量大•滕智明教授基于长期试验研究和有限元分析的结果而提出的斜支柱（也称斜压杆）单元粘结模型，将界面上的切向粘结锚固作用和径向挤压作用综合考虑，反映了变形钢筋粘结锚固性能中的锥楔作用•斜压杆单元具有弹性刚度却无实际尺寸，能设置在单元结点处或界面处构成连续的单元.有限元分析方法最初是在1943年提出的，并随着电子计算机的迅速发展而得到广泛的应用，但用有限元法来研究钢筋混凝土构件则相对较晚，它是在有限元方法在固体力学中取得大量研究成果的基础上发展起来的，具体标志事件是1967年美国工程师Ngo和Scordelis对钢筋混凝土梁作出第一个有限元分析•虽然当时对这一有限元分析作了较多简化，如:钢筋混凝土的本构关系是线性的，梁的弯曲裂缝位置也是预先指定的，但它给钢筋混凝土有限元分析确立了一个基本的模式，而且为了模拟钢筋与混凝土之间的相互作用,Ngo和Scordelis还引入了专门的连接单元，可见，钢筋混凝土间的粘结滑移本构关系是用有限元分析此类构件的一个非常关键的问题.继Ngo和Scordelis之后,许多工程师和学者也对钢筋混凝土粘结滑移问题作了有限元分析，其中包括:1970年Lutz分析了握裹层混凝土的应力状态陈建平，等:钢筋混凝土粘结滑移特性的研究现状及相应变形”引;1973年R.Tepfers分析了钢筋横肋附近混凝土咬合齿的应力状态［btl;1978年Nilson 也对钢筋混凝土梁作了有限元分析，并在分析中引入了钢筋和混凝土及粘结滑移的非线性本构关系，对裂缝的模拟也有所改进” ；198年宋启根采用在混凝土中设置内部裂缝区的方法，不需预先对粘结滑移关系作出假定，对几个典型的粘结试件作了有限元分析，并取得了一定成果【I引•还有许多工程师和学者所作的工作推动了钢筋混凝土粘结滑移的有限元分析的发展.值得一提的是，前人在用有限元分析钢筋混凝土的粘结滑移问题时，一般的做法都是自行编写程序进行计算，例如Ngo和Scordelis第一次对钢筋混凝土梁作有限元分析时，采用的是自编制的有限元计算程序，这个程序相对简单，其后许多研究者研制出很多程序,有些可以研究钢筋混凝土梁，板,壳等结构，不少程序还能对三维的钢筋混凝土结构进行静，动力分析•这样做的好处是能方便地实现新提出的单元类型或新的算法，但有一个最大的缺点，那就是程序难以推广应用，因此成果也很难在同行中交流，而且不可避免地会造成许多重复劳动•另一方面，计算机的更新换代非常快，软件一般也得随之升级，而这类软件维护工作通常需由专业的人员去做•前人的有限元程序常因跟不上计算机的升级，缺少维护工作而生存期不长•二十世纪七十年代初，美国出现了专门开发大型通用商业化有限元计算分析软件的公司，如ANSYS,MSC等，由这些公司开发的ANSYS, MARC,NASTRAN等大型软件可以用来分析结构，电磁场，流体力学，机械学等各个学科的力学问题，通用性非常强•采用这种商业化软件进行计算分析有如下几个优点：一，由于这种商业化软件的每一项功能都经受过无数次工程计算的验证，因而有极高的正确性;二,ANSYS具有非常强的三维图形处理功能,其中图形前处理功能使得建模过程可视化，操作简单快捷且不易出错，而强大的图形后处理功能又使计算结果可视化，能形象地表示各种变量的分布规律，而这部分图形处理功能正是许多自编制程序所不具备的；三，研究者可以从重复编写代码的劳苦中解脱出来，把精力集中到所研究的课题上，另外由于使用了统一的计算工具，不同的研究者可以方便地将研究成果进行交流•考虑到这些因素，可采用了非线性分析功能强大的ANS YS(A nalysisSystem)软件作为计算工具•同时利用ANSYS提供的二次开发功能,编写了一些接口程序，以弥补这些软件成品难以定制的缺陷•河海大学结构研究所对此进行较为初步的研究的开发，也获得了具有一定科学价值的研究成果，但由于非线性粘结滑移性能的研究存在一定的局限性，因此，有必要进行深入研究和结构的仿真分析.4结论文章主要对国内外研究粘结滑移的试验方法，本构关系以及有限元分析等方面的研究现状逐一进行阐述，纵上所述,主要有以下几点结论：(1)目前试验方法有：拉拔试验(也称作拔出试验),梁式试验和轴拉试验.尽管试验方法有多种，但大多仅限于静态的或拟静态的试验研究•对于抗震要求的结构构件，还应研究动态的粘结滑移性能，由实测粘结应力的分布和钢筋与混凝土间在界面上的相对滑移，得出沿界面上一些代表位置上的局部粘结应力和局部滑移之间的本构关系，再将这个本构关系应用于有限元分析•进而，为结构的抗震设计提供可靠的依据.(2)由于影响粘结的因素太多，以至于很难得到个真正通用而又易于应用的表达式，因此对于一些特殊的粘结问题，有必要进行单独的试验和研究•关于粘结滑移的研究，主要有两个热点：一是新品种钢筋及其代用材料与混凝土的粘结滑移，另一个是钢筋锈蚀后的粘结性能•为了给结构抗震设计中的配筋问题提供理论依据，有必要对这种建筑中的大直径和高强度抗震钢筋与混凝土动力粘结性能进行单独试验研究.(3)在用有限元分析钢筋混凝土的粘结滑移问题时，自行编写程序进行计算能方便地实现新提出的单元类型或新的算法，但自编程序难以推广应用，因此成果很难在同行中交流并造成许多重复劳动.而商业化软件进行计算分析有极高的正确性和较强的三维图形处理功能，便与不同的研究人员的研究成果进行交流•考虑到这些因素，可采用了非线性分析功能强大的ANSYS软件作为计算工具•同时利用ANSYS提供的二次开发功能，编写了一些接口程序，以弥补这些软件成品难以定制的缺陷.参考文献：【1J陈厚群•小湾拱坝的抗震研究【J】云南水力发电，1997, ⑵?56?南通工学院(自然科学版)2004焦【2】膝智明•钢筋与混凝土间的粘结力【R J .1978.【3】SoreushianPLocalBondofDeformedBarswithDifferent DiametersinConfinedConcrete【J] .AC1,Structural,1989,86.【4】徐有邻•变形钢筋一混凝土粘结锚固性能的试验研究【DJI.北京:清华大学，1990.【5】狄生林.钢筋混凝土梁的非线性有限元分析【J】.南京工学院,1984,14(2). 【6】宋玉普赵国藩.钢筋与混凝土之间的粘结滑移性能研究【J】.大连工学院,1987,(2).【7】管品武.冷轧扭钢筋粘结锚固性能的试验研究【J】.郑州工业大学，1999,18(1).【8】徐有邻.螺旋肋钢丝粘结锚固性能的试验研究【J】.混凝土水泥制品,1998,(4).【9】薛伟辰，康清梁.纤维塑料筋粘结锚固性能的试验研究【J】.工业建筑,1999,29(12).【10】王林科.锈后钢筋混凝土粘结锚固的试验研究【J】.工业建筑,1996,26(4).【II】袁迎曙.锈蚀钢筋混凝土的粘结性能退化的试验研究【J】.工业建筑,1999,29(11).【12】InoueN,NoguchiH.Finiteelementanalysisofreinforced。

Step00目录钢筋混凝土梁裂缝分析▪混凝土裂缝模型介绍▪模型概要- 单位: kN, m- 各向同性非线性材料- 钢筋单元- 实体单元▪荷载和边界条件- 自重- 恒载- 约束- 分析工况▪输出结果-变形- 钢筋应力•裂缝模型(1)分离式裂缝模型：当应力值达到开裂应力时，混凝土开裂，单元将在节点两侧分离，裂缝成为单元与单元之间的边界。

分析过程需要不断调整单元的网格划分；可以模拟裂缝的开展及计算裂缝的宽度。

多用于分析只有一条或几条关键裂缝的素混凝土或少筋混凝土结构。

132钢筋混凝土梁裂缝分析•裂缝模型（2）弥散式裂缝模型：当应力值达到开裂应力时，则垂直于拉应力的方向生成若干条裂缝。

通过修改材料本构模型来考虑裂缝的影响；无需修改单元网格，易于有限元程序实现，应用广泛。

对正常配筋构件，该裂缝模型结果更接近工程实际。

•裂缝模型（3）断裂力学模型：研究带裂缝构件在各种条件下裂缝的扩展、失稳和断裂规律；主要集中于单个裂缝的应力应变场分布问题；对于裂缝间相互影响问题，研究还不成熟。

•裂缝数值分析方法（1）分解应变模型总应变=材料应变+裂缝应变；材料应变：弹性应变，塑性应变，徐变，热应变；（2）总应变模型不分离各种应变，含裂缝的受拉受压分析中使用同一个本构关系；易于定义非线性特性，易于理解和应用。

钢筋混凝土梁裂缝分析133•总应变模型（1）固定裂缝模型混凝土开裂后，裂缝方向保持不变（2）转动裂缝模型裂缝方向始终保持与主拉应变方向垂直，因而随主拉应变方向变化钢筋混凝土梁裂缝分析 •刚度矩阵（1）开裂前 （2）开裂后⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧xz yz xy z y x 665544333231232221131211xz yz xy z y x D 000000D 000000D 000000D D D 000D D D 000D D D γγγεεετττσσσ)1(2E D D D )21)(1(E D D D )21)(1()1(E D D D c 665544c 231312c 332211υυυυυυυ+===-+===-+-===根据混凝土受拉、受压、受剪本构关系，考虑开裂影响，对刚度矩阵进行更新 134•刚度矩阵（1）切线刚度矩阵根据应力应变曲线，得到切线方向的弹性模量，计算刚度矩阵（2）割线刚度矩阵根据应力应变曲线，得到割线方向的弹性模量，计算刚度矩阵江见鲸《钢筋混凝土结构非线性有限元分析》应力应变关系采用全量形式时，弹性模量应采用割线模量，即采用割线刚度矩阵应力应变关系采用增量形式时，弹性模量应采用切线模量，即采用切线刚度矩阵FEA分析与计算原理切线刚度矩阵：局部裂缝或裂缝扩展分析；割线刚度矩阵：裂缝呈分布状态的钢筋混凝土结构；不考虑各方向泊松比；•混凝土受压本构关系钢筋混凝土梁裂缝分析135•混凝土受拉本构关系G I f: I型断裂能（形成断裂面所需消耗的能量）（1976） A.hillerborg 裂缝尖端应力达到抗拉强度，开始出现裂缝，裂缝张开时，应力并不马上降低为0，而是随着裂缝宽度的增加而降低。

钢筋混凝土中的粘结应力与滑移的关系刘晓军【摘要】基于常规的粘结滑移理论,并结合钢筋与混凝土截面变形特性提出了一种分析模型,建立了一个无量纲的函数方程,同时将结果与实验进行了对比,得出其一致性较好的结论.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2014(040)011【总页数】3页(P65-67)【关键词】钢筋混凝土;应力;粘结【作者】刘晓军【作者单位】太原市政府投资项目评审中心,山西太原030014【正文语种】中文【中图分类】TU375钢筋与混凝土的粘结对混凝土结构有重要的影响。

由于粘结影响着钢筋的锚固和搭接强度，因此它是混凝土结构承载力的关键因素之一，同时也直接影响着构件的变形能力和超静定结构的应力重分布能力[1-3]。

因此可以说钢筋与混凝土的粘结是混凝土结构最基本的问题。

而目前主要的缺失是没有一种通用的方法来确定粘结强度。

这就使得不同的实验和研究结果比较起来较为困难。

大家通常都是采用直接拔出实验进行研究。

但是大多数研究并没有把研究重点放在混凝土中的嵌固长度和应力状态，同时也未注意到实验与实际工程中的嵌固长度与应力状态差别是很大的。

通常，钢筋混凝土中的粘结行为是粘结应力与滑移关系。

研究者已经提出了很多粘结应力滑移关系并将之公式化，运用到有限元方法和裂纹分析当中去。

但结果却千差万别，就是由于粘结应力的复杂性以及拔出实验无法真正模拟实际的工作状态。

因此，粘结应力关系应当考虑构件的实际应力工作状态，如受弯构件通常在裂纹面处有较长的嵌固长度和轴向拉伸应力。

正是由于影响因素很多，因此有很多研究者提出了在各自实验条件下的描述粘结行为的公式，它们各有特色，如Ikkit[4,5]等提出了一种轴向拉伸实验下的粘结公式：其中，ksf为混凝土应力状态系数，压缩取1.0，拉伸取0.7；kd为混凝土中浇筑混凝土时钢筋走向系数，垂直浇筑取1.0，水平浇筑取0.9；f′为混凝土强度；s为滑动长度；ds见图1。

这一公式对于拉伸下的应力状态给出了很好的描述，然而这一公式不能给出滑移下的最大粘结力，而最大粘结应力是确定锚固长度，裂纹宽度和搭接长度的关键因素。

基于粘结-滑移的frp筋钢纤维轻骨料混凝土梁裂缝宽度计算方法的计算步骤如下：
1.计算FRP筋的应力：根据梁的几何尺寸、荷载和FRP筋的弹性
模量等参数，计算出FRP筋的应力。

2.计算混凝土的应力：根据混凝土的材料性质、梁的几何尺寸和
荷载等参数，计算出混凝土的应力。

3.计算混凝土与FRP筋之间的粘结力：根据混凝土和FRP筋的材
料性质、粘结面积、粘结长度等参数，计算出混凝土与FRP筋之间的粘结力。

4.计算混凝土与FRP筋之间的滑移量：根据混凝土和FRP筋之间
的粘结力、FRP筋的长度和混凝土梁的几何尺寸等参数，计算出混凝土与FRP筋之间的滑移量。

5.计算裂缝宽度：根据混凝土的应力、混凝土与FRP筋之间的滑
移量、混凝土梁的几何尺寸和荷载等参数，计算出混凝土梁的裂缝宽度。

2016新编火灾后钢筋混凝土节点钢筋粘结滑移模拟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。

1 钢筋的粘结滑移是否在钢筋屈服或混凝土开裂后才会发生，朱伯龙，董振祥的《钢筋混凝土非线性分析》里有粘结应力和滑移量的关系，但没有截面曲率和滑移量的关系，各位兄弟姐妹，若能提供相关信息或资料，兄弟将不胜感激！2 东大:宋老师编的<钢筋砼力学>中也有相关的咚咚.你是想编程序还是想运用程序比如ansys计算模拟?不同的方式肯定有不同的方式.3关于粘结-滑移本构模型中t-S曲线方程的问题本人打算用ansys模拟钢筋和混凝土之间的粘结滑移，需要粘结滑移本构模型。

看《钢筋混凝土原理》（过镇海著）一书中看到如下的t-s连续曲线模型的方程。

但是不知道每一个参数的意义。

不知哪位大虾知道本人打算用ansys模拟钢筋和混凝土之间的粘结滑移，需要粘结滑移本构模型。

看《钢筋混凝土原理》（过镇海著）一书中看到如下的t-s连续曲线模型的方程。

但是不知道每一个参数的意义。

不知哪位大虾知道这位朋友可以查看一下清华大学沈聚敏编的《钢筋混凝土有限元与板壳极限分析》一书，书中各个系数都有具体的值。

各个公式的系数解释的也很具体。

τ——平均粘结应力；s——滑移；fc——混凝土抗压强度；ft——混凝土劈拉强度；c——混凝土保护层厚度；d——钢筋直径；F（x）——描述本构关系的位置函数；x——锚固深度；a1，a2，a3，a4——通过试验得到的参数。

4 近来碰到一个地下水有腐蚀性的工程，第一次做，没什么经验。

查看了好多帖子，大多都是关于钢结构防腐的，关于混凝土防腐的很少。

我想做一个讨论混凝土防腐的专题，希望大家踊跃回应。

--混凝土有很多品种，但基本成分都是一样的：水，最好是淡水；骨料，如砂石；水泥，典型的如波特兰水泥（Portland Cement）；添加剂，给混凝土结构提供特殊的性能。

波特兰水泥的水化物，主要是水合硅酸钙（3CaO•2SiO2•3H2O）和水合铝酸钙（3CaO •2Al2O3•3H2O）为胶结材料，配以适当比例的骨料和水，拌制成混合物，经过振捣，养护而成的的建造材料。

考虑粘结滑移的型钢混凝土结构ANSYS模拟方法研究粘结滑移是指在钢筋和混凝土之间存在相互作用力的情况下，钢筋与混凝土之间存在相对滑移的现象。

由于钢筋和混凝土的物理性质不同，导致它们的应力-应变响应也有差异，从而产生滑移。

粘结滑移现象对钢筋混凝土结构的力学性能和变形特性有着重要影响。

本文将探讨粘结滑移的型钢混凝土结构在ANSYS中的模拟方法。

ANSYS是一种常用的有限元分析软件，可以用于进行各种结构的力学性能评估和行为模拟。

在进行粘结滑移的型钢混凝土结构模拟时，需要采用有限元法建立模型，并根据材料的力学性质和粘结滑移的特点进行合理的模拟。

首先，需要对混凝土和钢筋的材料性质进行定义。

混凝土的本构关系可以使用弹塑性本构模型，其中包括弹性的线性部分和塑性的非线性部分。

钢筋可以使用弹性线性模型进行建模。

然后，在有限元模型中定义混凝土和钢筋的材料特性，包括弹性模量、泊松比、屈服强度等。

其次，需要定义粘结滑移的模型。

粘结滑移模型可以采用接触模型或材料模型进行描述。

接触模型可以模拟钢筋与混凝土之间的局部滑移现象，可以通过定义接触刚度和摩擦系数来描述钢筋与混凝土之间的相互作用。

材料模型可以模拟粘结剪应力和滑移之间的关系，可以通过定义剪切刚度和滑移的关系曲线来描述粘结滑移的特性。

然后，进行加载和分析。

可以通过定义荷载和边界条件来模拟实际工况下的型钢混凝土结构。

在加载过程中，可以观察结构的变形和应力分布情况，并分析粘结滑移的发生位置和程度。

最后，对模拟结果进行评估和验证。

可以将模拟结果与实验结果进行比较，以验证模拟方法的准确性和可行性。

如果模拟结果与实验结果吻合良好，则说明该方法可以用于预测型钢混凝土结构在实际荷载作用下的力学性能和变形特性。

总结而言，粘结滑移的型钢混凝土结构在ANSYS中的模拟方法主要包括定义材料性质、建立粘结滑移模型、进行加载和分析以及验证模拟结果。

通过合理的建模和模拟，可以对型钢混凝土结构的力学性能和变形特性进行深入研究，为实际工程设计和实施提供参考依据。

Step00目录钢筋混凝土梁裂缝分析▪混凝土裂缝模型介绍▪模型概要- 单位: kN, m- 各向同性非线性材料- 钢筋单元- 实体单元▪荷载和边界条件- 自重- 恒载- 约束- 分析工况▪输出结果-变形- 钢筋应力•裂缝模型(1)分离式裂缝模型：当应力值达到开裂应力时，混凝土开裂，单元将在节点两侧分离，裂缝成为单元与单元之间的边界。

分析过程需要不断调整单元的网格划分；可以模拟裂缝的开展及计算裂缝的宽度。

多用于分析只有一条或几条关键裂缝的素混凝土或少筋混凝土结构。

132钢筋混凝土梁裂缝分析•裂缝模型（2）弥散式裂缝模型：当应力值达到开裂应力时，则垂直于拉应力的方向生成若干条裂缝。

通过修改材料本构模型来考虑裂缝的影响；无需修改单元网格，易于有限元程序实现，应用广泛。

对正常配筋构件，该裂缝模型结果更接近工程实际。

•裂缝模型（3）断裂力学模型：研究带裂缝构件在各种条件下裂缝的扩展、失稳和断裂规律；主要集中于单个裂缝的应力应变场分布问题；对于裂缝间相互影响问题，研究还不成熟。

•裂缝数值分析方法（1）分解应变模型总应变=材料应变+裂缝应变；材料应变：弹性应变，塑性应变，徐变，热应变；（2）总应变模型不分离各种应变，含裂缝的受拉受压分析中使用同一个本构关系；易于定义非线性特性，易于理解和应用。

钢筋混凝土梁裂缝分析133•总应变模型（1）固定裂缝模型混凝土开裂后，裂缝方向保持不变（2）转动裂缝模型裂缝方向始终保持与主拉应变方向垂直，因而随主拉应变方向变化钢筋混凝土梁裂缝分析 •刚度矩阵（1）开裂前 （2）开裂后⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧xz yz xy z y x 665544333231232221131211xz yz xy z y x D 000000D 000000D 000000D D D 000D D D 000D D D γγγεεετττσσσ)1(2E D D D )21)(1(E D D D )21)(1()1(E D D D c 665544c 231312c 332211υυυυυυυ+===-+===-+-===根据混凝土受拉、受压、受剪本构关系，考虑开裂影响，对刚度矩阵进行更新 134•刚度矩阵（1）切线刚度矩阵根据应力应变曲线，得到切线方向的弹性模量，计算刚度矩阵（2）割线刚度矩阵根据应力应变曲线，得到割线方向的弹性模量，计算刚度矩阵江见鲸《钢筋混凝土结构非线性有限元分析》应力应变关系采用全量形式时，弹性模量应采用割线模量，即采用割线刚度矩阵应力应变关系采用增量形式时，弹性模量应采用切线模量，即采用切线刚度矩阵FEA分析与计算原理切线刚度矩阵：局部裂缝或裂缝扩展分析；割线刚度矩阵：裂缝呈分布状态的钢筋混凝土结构；不考虑各方向泊松比；•混凝土受压本构关系钢筋混凝土梁裂缝分析135•混凝土受拉本构关系G I f: I型断裂能（形成断裂面所需消耗的能量）（1976） A.hillerborg 裂缝尖端应力达到抗拉强度，开始出现裂缝，裂缝张开时，应力并不马上降低为0，而是随着裂缝宽度的增加而降低。

南通大学学报（自然科学版）2009年ANSYS 的接触分析在钢筋混凝土滑移中的应用刘云平，包华，洪俊青，陈国庆（南通大学建筑工程学院，江苏南通226019）摘要：以钢筋-混凝土的拉拔实验的有限元分析为例，介绍了ANSYS 有限元软件中的3种接触分析：点-面、点-点、面-面接触；详细描述了接触分析建模的过程及注意事项；最后利用面-面接触单元建立了钢筋与混凝土的拉拔实验的有限元分析模型.进行了相关力学分析，求出钢筋在混凝土中的滑移量及锚固长度，并与规范中的相关数据作比较.结果表明，实验结果与理论值相吻合，证明ANSYS 软件能方便地用于钢筋与混凝土间的滑移分析.关键词：有限元软件ANSYS ；接触分析；钢筋混凝土；滑移中图分类号：TU431文献标志码：A文章编号：1673－2340（2009）02－0070－04Application of ANSYS-Based Contact Analysis inReinforced Concrete SlidingLIU Yun-ping ，BAO Hua ，HONG Jun-qing ，CHEN Guo-qing（School of Architecture Engineering ，Nantong university ，Nantong 226019，China ）Abstract:The paper introduced contact analysis of ANSYS including node to surface,node to node and surface to surface contacts through an example of finite element analysis of drawing-test of concrete and bar.And the model construction process of contact analysis was specified.The finite element contact analysis model of drawing-test of concrete and bar is constructed with surface to surface contact element.Anchorage length is solved by ANSYS and compared with value solved by Code for design of concrete structures.The sliding-result of ANSYS is coincident with the theoretical analysis and test.The result demonstrates that software of ANSYS is a good tool for sliding analysis of steel-concrete.Key words:finite element software of ANSYS;contact analysis;steel concrete ；sliding0引言接触问题是工程中经常遇到的问题，如裂缝、滑移、螺栓连接、过盈装配等等，也是较难解决的问题之一，因为它涉及到接触状态的改变，还可能伴随有热、发电过程等［1］.钢筋-混凝土之间的滑移是土木工程中常见的问题之一，大量梁柱组合体的抗震性能试验表明，在动力外荷载作用下钢筋混凝土节点核心区内,由钢筋与混凝土的黏结退化引起的纵向受力钢筋在节点区内的黏结滑移,会对构件的弹塑性动力反应特性产生影响，并在一定程度上收稿日期：2008-12-10基金项目：南通大学自然科学基金项目（06Z064）作者简介：刘云平（1979—），男，讲师，硕士，主要从事高层建筑结构钢结构的抗震与隔震等方面的研究.E-mail ：lupxl2005@.南通大学学报（自然科学版）Journal of Nantong University （Natural Science Edition ）Vol．8No．2Jun．2009第8卷第2期2009年6月引起结构局部耗能机制的变化，因此，研究受力钢筋的黏结滑移变形的大小及规律，对正确评价结构的抗震性能具有重要意义［2］.黏结滑移是钢筋与混凝土之间的一种十分复杂的相互作用的结果，目前有2类数学模拟方法：联结单元和黏结交界单元.在有限元分析中，常采用双向弹簧单元代替联结单元，采用非线性分析功能强大的ANSYS作为计算工具［3］.通常ANSYS中黏结滑移混凝土、钢筋分别用点对点非线性弹簧单元COMBIN39，SOLID65单元，LINK8或PIPE20来模拟［2，4-5］.分析结果大都能和试验结果吻合，只是将钢筋简化为线性单元，虽自由度大大减少，计算速度快，但不能很好地对实际状况进行真实的模拟.钢筋为二维杆单元，线性单元不能很好地模拟钢筋与混凝土接触面的情况（用点点接触来模拟面面接触的情况），且COM-BIN39不能模拟塑性、蠕变、大应变、单元生死及初始应力的施加，对不同的问题建立不同的模型要采用不同的单元，不具有通用性.本文钢筋的模拟采用实体单元SOLID95，除具有上述所有特性，还有隆起、大位移及应力刚化等特性；混凝土的模拟采用SOLID65单元；两者之间滑移的模拟采用零厚度接触单元———面面接触单元CONTA173和TARGE170，建立接触对模拟钢筋与混凝土之间的滑移，更真实地模拟钢筋与混凝土接触面的受力情况.接触单元还具有生死功能，可以模拟施工过程和徐变，且同一模型可以模拟更多的工况，从而节约大量的计算时间.1ANSYS软件接触分析介绍ANSYS中接触问题有2种基本类型[1]：刚体-柔体的接触，柔体-柔体的接触；3种接触方式：点-点，点-面，面-面接触；数学模型为库仑摩擦模型，通过参数TAUMAX、FACT、DC和COHE控制.常用接触单元：点-点接触有CONTAC12、CON-TAC52、CONTAC178；点-面接触单元有CON-TAC26、CONTAC48、CONTAC49、CONTAC175；面-面接触单元有CONTAC171、CONTAC172，目标单元TARGEET169、CONTA173、CONTA174和目标单元TARGE170.分析步骤为：1）建立几何模型和划分网格；2）识别接触对；3）指定接触和目标面；4）定义目标面；5）定义接触面；6）设置单元keyopt选项和实常数；7）对刚柔接触定义目标面的移动；8）施加必需的边界条件；9）定义求解选项和荷载步；10）求解，浏览结果.本文以钢筋与混凝土拔出试验的有限元模拟为例，介绍面-面接触分析的建模过程、建立接触对的方法以及相关注意事项，并建立有限元模型进行力学分析，求出钢筋在混凝土中的滑移量及锚固长度，并与规范作对比分析.2钢筋混凝土拉拔实验的ANSYS模拟及结果分析问题的描述：钢筋的直接拔出试验，如图1所示，混凝土截面尺寸200mm×200mm，长度为630mm，强度等级为C35，钢筋直径为22mm，长645mm，下端有15mm的出头长度，强度等级为HRB335.材料的本构关系见图2.规范要求的锚固长度［6］为l a=αf ytd=588mm混凝土的弹性模量［6］为E c=3.15×104N/mm2钢筋的弹性模量［6］为E s=2.0×105N/mm2施加集中荷载为60kN时，钢筋与混凝土之间的平均黏结应力［7］为τ=Nπdl=1.475N/mm2下文将以ANSYS软件中的接触分析来模拟上述的拔出试验.图1直接拔出试验示意图[7]混凝土111-1剖面F南通大学学报（自然科学版）2009年2.1单元的选取混凝土用SOLID65单元［8］模拟;钢筋用SOL -ID95或SOLID45模拟均可，本例用SOLID95.接触单元用CONTAC173，目标单元用TARGE170［1］.2.2模型的建立与网格的划分2.2.1混凝土块体建模与单元的划分采用从上到下的方式，通过布尔运算得到所需的模型[9]，混凝土块体与钢筋（圆柱体）如图3所示，中心处为钢筋（钢筋与混凝土等长L =645mm ）.由对称性可取1/4模型计算，用工作平面分割模型如图4所示.2.2.2单元的划分[10]用lsel 、r 、length 选出所需划分的线，用lesize设置线划分的分数，所有的线划分好后，用扫掠（VSWeep ）生成四或六面体单元见图5.2.2.3接触对的建立接触对的建立是本模型的重点与难点.CON -TAC173和TARGE170通过共用实常数来建立接触对.本例可看作是刚-柔接触，选择混凝土与钢筋的交界面作为接触面，本例中有4个面（如图6所示），1/4模型只有左下角的一个面，属于混凝土的圆柱面为接触单元，钢筋的外表面为目标面即目标单元.选择混凝土的圆柱面用接触单元划CON -TAC173划分网格，选择钢筋的外表面并用TARGE170单元划分网格；单元划分完成，共用一个实常数接触对即建立；检查接触对单元的外法向的方向，如果单元的外法线方向不正确时，必须反转不正确单元的法向方向到正确为至.如图7所BC00CB图5混凝土块与钢筋的单元划分图6接触单元的面中心处为钢筋1/4钢筋图7接触对法向方向调整前后对照图接触单元法向量（调整前）接触单元法向量（调整后）目标单元法向向量(调整前)目标单元法向向量(调整后)·72·示，本例中接触对建好后单元的法向方向不正确，调整后接触单元指向内，目标单元指向外，两者方向相向，所指方向即为法向方向.调整方法是选中需调整的单元，用esurf，reve命令转向.psymb、esys、1命令可以显示方向.2.3加载与求解1）加载施加约束与拉力，约束为面约束.1/4模型在左和下表面施加面约束，在上表面和右表面施加对称约束（DA，all，SYMM，其中all为所需施加对称约束的面），在钢筋端面施加均布拉力荷载（sfa，面号，1，pres，-158e3）大小为p=4Nπd2=158N/mm2，相当于集中荷载60kN.2）求解设置本例为非线性问题（SOLCON-TROL，on，on），分析类型为静力分析（ANTYPE，0），打开自动时间步（AUTOTS，on），线性搜索（lnsrch，on），自动优化来加速收敛（PRED，ON，ON），求解（solve）.2.4结果分析2.4.1最大位移把钢筋面积换算成混凝土面积不考虑滑移，所得的最大位移［11］为Δ1=PLE c A=0.3189×104m，A为钢筋转换成混凝土后的总面积，L为钢筋长. ANSYS考虑滑移的结果Δ2=0.346×10-1m，Δ2垌Δ1，钢筋已被拔出必须考虑滑移.2.4.2锚固长度规范值［5］为l a=αf yf td=588mm.理论分析当荷载为60kN时，钢筋已被拉出.从ANSYS后处理单元解可求出：从始端到L l=585mm处滑移量均大于0.03mm，此处钢筋应力几乎为零（其应力云图如图8所示），此时长度即为ANSYS所求.锚固长度，约等于规范值.2.4.3滑移分析最大滑移量发生在加载端，滑移量为0.035mm，大于Houde建议的最大黏结滑移量0.03 mm，即破坏首先发生在构件的加载端，这与理论分析及实验结果相吻合.在锚固长度585mm范围内，滑移量变化不大且均大于0.03mm，滑移量分布见图9.根据滑移量分析所需的锚固长度为585～600mm，此时的滑移量为0~0.03mm≤0.03mm；大于600mm 长度时，滑移量都为0，钢筋应力也接近于0.2.4.4摩擦力加载为60kN时，平均粘结应力为τ=N= 1.475N/mm2，ANSYS计算的粘结应力约等于1.475 N/mm2，滑移量均大于0.03mm，发生剪切破坏，分布规律同滑移量.3结论1）钢筋与混凝土必须考虑滑移，否则位移相差太大；2）ANSYS分析所得的锚固长度范围为585mm，与规范的取值相近，滑移与摩擦力具有相同的分布规律，ANSYS分析结果也与实验结果吻合较好，并且ANSYS软件有很强的图形处理功能，可采用ANSYS用于钢筋混凝土的粘结滑移分析；3）钢筋采用实体单元来摸拟，能方便地看出其表面剪应力的分布情况，克服了弹簧单元用点点接触来近似模拟面面接触的情况.图8钢筋应力分布云图图9接触表面单元滑移量分布图（下转第90页）刘云平，等:ANSYS的接触分析在钢筋混凝土滑移中的应用·73·南通大学学报（自然科学版）2009年参考文献：[1]小飒工作室.最新经典ANSYS及Workbench教程［M］.北京：电子工业出版社，2004.[2]王依群.钢筋与混凝土间的黏结滑移在ANSYS中的模拟［J］.天津大学学报，2006，39（2）：209-213.[3]陈建平.钢筋混凝土粘结滑移特性的研究现状［J］.南通工学院学报：自然科学版，2004，3（4）：51-56.[4]刘佩玺.钢筋混凝土结构粘结滑移分析在ANSYS中的实现［J］.山东农业大学学报：自然科学版，2007，38（1）：125-130.[5]张海霞，朱浮声，王凤池.FRP筋与混凝土粘结滑移数值模拟［J］.沈阳建筑大学学报：自然科学版，2007，23（2）：231-234.[6]中华人民共和国建设部，中华国家质量监督检验检疫总局.混凝土结构设计规范[M].北京：中国建筑工业出版社2002.[7]东南大学，天津大学，同济大学.混凝土结构上册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2005.[8]江见鲸.混凝土结构有限元分析［M］.北京：清华大学出版社，2005.[9]任辉启.ANSYS7.0工程分析实例详解［M］.北京：人民邮电出版社，2003.[10]李庆龄.ANSYS中网格划分方法研究［J］.上海电机学院学报，2006，9（5）：28-30.[11]孙训方.材料力学［M］.北京高等教育出版社，1998.（责任编辑：仇慧）实证分析［J］.现代财经，2004，24（5）：23-25.[4]Juri A L.Copula convergence theorems for tail events［J］.Insurance:Mathematics and Economics，2002，30（2）：405-420.[5]Sklar A.Fonction de repartition a dimension etleurs marges［J］.Publ.Inst.Stat.Univ.Paris，1959，（8）：229-231. 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