基于ABAQUS梁单元的钢筋混凝土框架结构数值模拟_高向玲

296201312StructuralEngineersVol．29No．6Dec．20132013－02－27“·”2011BAJ09B03-0251261120374*[e-mail]高向玲张业树*李杰200092以三层两跨的钢筋混凝土平面框架结构的非线性受力全过程试验研究为背景，通过材性试验标定了混凝土和钢筋的材料参数，应用ABAQUS对钢筋混凝土框架进行有限元建模并对其进行数值模拟。在数值模拟中，框架结构采用梁单元建模。混凝土的受拉本构关系考虑受拉刚化效应，混凝土的受压本构关系考虑箍筋对混凝土的约束作用将素混凝土本构关系修正为约束混凝土本构关系。混凝土的本构关系分别采用ABAQUS自带的损伤塑性模型(CDP)、《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)推荐的本构关系。其中，规范推荐的本构关系采用两组参数，分别为根据材性试验测定的参数和规范推荐的参数，并分别将三者模拟的结果与试验结果进行了对比，表明采用经过参数标定的损伤塑性模型能够较好地模拟框架结构的受力行为。在缺乏试验的情况下，直接采用我国规范建议的混凝土本构关系，亦可较好地进行混凝土框架结构的数值模拟分析。混凝土框架结构，ABAQUS，梁单元，受拉刚化，箍筋约束，数值模拟NumericalSimulationofaＲCFrameBasedonABAQUSBeamElementsGAOXianglingZHANGYeshu*LIJieDepartmentofBuildingEngineeringTongjiUniversityShanghai200092ChinaAbstractBasedontheexperimentalstudyofareinforcedconcreteframestructurewiththreestoreysandtwospanstocalibratethemechanicalperformanceofconcreteandreinforcingsteel12prismaticspecimensweretestedand6fortensiletestsandtheotherforcompressivetests．ThesoftwareABAQUSwasusedtosimulatetheＲCframe．Inthenumericalsimulationthebeamelementwasappliedtosimulatetheframe．Meanwhilethetensionstiffeningeffectandtheinfluenceofstirrupofconcretewastakenintoaccountandtheconstitutiverelationshipofplainconcretewasmodifiedtosimulatetherealstate．Inordertounderstandtheeffectoftheconcreteconstitutiverelationshipontheanalysisoftheentirestructuretwotypesofconcreteconstitutiverela-tionshipswereadopted．OneistheconcretedamagedplasticitymodelCDPinABAQUSandtheotheristheconstitutivemodelrecommendedbyChinaConcreteStructureDesignCodeGB50010—2010．Forthecon-stitutivemodelrecommendedbytheCodetwogroupsofparameterswereused．Oneisdeterminedbythecon-cretespecimentestandtheotherisaccordingtothecodesuggestion．ThecalculatedresultsoftheＲCframestructureadoptedthreetypesofconcreteconstitutivemodelswerecomparedwiththeexperimentalresultsandtheyareinagreementwitheachother．KeywordsＲCframestructureABAQUSbeamelementtensionstiffeningeffectconstitutiverelationshipofconfinedconcretenumericalsimulation1。。、。。ABAQUS。。1。ABAQUS。ABAQUSCDP《》GB50010—2010《》UMAT。22．1C3012100mm×100mm×250mm100mm×100mm×300mm。。。6ftr=3．0MPa。6—1。1—Fig．1Ｒelationshipbetweenaxialcompressimestressandstrain2．2232．2．1ABAQUSLubliner4LeeFenves5。ABAQUS。1ε·=ε·el+ε·pl1ε·ε·elε·pl。2σ=1－dDeloε－εpl=Delε－εpl2Delo———Del=1－dDelo———d———01。3Fσ—ε～pl。Fσ—ε～pl=11－αq—－3αp—+βε～pl·02·StructuralEngineersVol．29No．6StructuralAnalysis〈σ—max〉－γ〈－σmax〉－σ—cε～pl≤03αγ———p————p—=－13σ—IIq————Misesq—=32S—S槡—S—S—=p—I+σ—σmax———σ—βε～pl=σ—cε～cplσ—tε～tpl1－α－1+ασ—cσ—t、。4ε·pl=λ·Gσ—σ—4G。GDrucker-PragerG=∈σt0tanφ2+q—槡2－p—tanφ5φ———p－qσt0———∈———。。2．2．2Ecfcrεcr1。ftrεtrftr—εtr=ftr/Ecν0《》。1。1Table1ParametersintheconcreteplasticdamageconstitutivelawEc/MPaν0ftr/MPaεtrfcr/MPaεcr2．20×1040．23．01．36×10－4362．1×10－32．2．3—《》。、、。σ、εck=ε－σ/Ec—。dt=1－βεckE0σ+1－βεckE06β0．50～0．9560．70。62。2Table2Parametersintheconstitutivelawforconcreteintensionεσ/MPaεckdt00001．364×10－43．000001．636×10－42．4615．180×10－50．1221．909×10－41．8631．062×10－40．2732．182×10－41．4541．521×10－40．4082．455×10－41．1801．918×10－40．5182．727×10－40．9912．277×10－40．6033．000×10－40．8542．612×10－40．6693．273×10－40．7512．931×10－40．7203．545×10－40．6713．240×10－40．7613．818×10－40．6083．542×10－40．7944．091×10－40．5563．838×10－40．8205．455×10－40．3975．274×10－40．8986．818×10－40．3146．676×10－40．9342．2．4—1。σ、εin=ε－σ/Ecdc=1－βεinE0σ+1－βεinE0。β0．35～0．760．5。3。2．2．5ABAQUS、2—4Ψ∈αfKcμ。·12···2963Table3Parametersintheconstitutivelawforconcreteincompressionεσ/MPaεindc00008．182×10－418．000001．470×10－330．6167．84×10－50．0272．100×10－336．0004．636×10－40．1242．520×10－330．8571．117×10－40．2852．940×10－322．9091．899×10－40．4773．360×10－316．9412．590×10－30．6273．780×10－312．9603．191×10－30．7304．200×10－310．2863．733×10－30．8004．620×10－38．4264．237×10－30．8475．040×10－37．0824．718×10－30．8805．460×10－36．0785．184×10－30．9045．880×10－35．3055．639×10－30．9216．300×10－34．6966．087×10－30．9348．400×10－32．9398．266×10－30．969374。4Table4OtherparametersintheconcreteplasticdamageconstitutivelawΨ/°∈αfKcμ300．11．160．6670．00052．32．3．18。86．1．8。25。2．3．2①②。Mander9fcc'=fc0'+k1fl7εcc=εc01+5fcc'fc0'－()[]18fc=fcc'xrr－1+xr9x=εcεcc10r=EcEc－Esec11Esec=fcc'εcc12fc0'εc0———、fcc'εcc———、Ec———。fcc'=39．6MPaεcc=0．003156。5Table5Parametersintheconcretetensionεσ/MPaεckdt00001．364×10－43．000001．636×10－42．9213．090×10－50．0651．909×10－42．7906．410×10－50．1322．182×10－42．6529．760×10－50．1952．455×10－42．5211．309×10－40．2552．727×10－42．4001．636×10－40．3103．000×10－42．2901．959×10－40．3613．273×10－42．1912．277×10－40．4073．545×10－42．1012．590×10－40．4493．818×10－42．0202．900×10－40．4874．091×10－41．9463．206×10－40．5215．455×10－41．6584．701×10－40．6526．818×10－41．4596．155×10－40．7361．364×10－30．9691．312×10－30．9006Table6Parametersofcompressineconfinedconcrececonstitutierelationshipεσ/MPaεindc00009．000×10－419．800001．890×10－333．8673．506×10－40．1022．520×10－338．3517．768×10－40．1823．150×10－339．6001．350×10－30．2733．780×10－338．7212．050×10－30．3654．410×10－336．6882．742×10－30．4515．040×10－334．1633．487×10－30．5295．670×10－331．5324．237×10－30．5966．300×10－328．9974．982×10－30．6546．930×10－326．6495．719×10－30．7027．560×10－324．5176．446×10－30．7438．190×10－322．6037．163×10－30．7778．820×10－320．8927．870×10－30．8