混凝土雨水箅子有限元模拟及实验分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 混凝土雨水箅子有限元模拟及实验 分析 【摘 要】本文以某厂生产的钢 纤维混凝土雨水箅子为例，采用塑性损 伤模型进行有限元模拟。通过有限元软 件 ABAQUS 计算分析，并进行实验验 证。通过对比表明该方法的误差较小， 能有效的模拟该试验件的多种破坏模式。 本文还研究了集中加载对试验件强度的 影响，给雨水箅子的设计及优化中提供 一定的参考。 中国论文网 /8/view-12932922.htm 【关键词】混凝土；雨水箅子； 有限元；ABAQUS 有限元模拟能高效的计算结构的 力学性能，可缩短产品的设计周期，但 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 是其受模型简化、本构方程和边界条件 等因素的影响较大。钢纤维混凝土的破 坏模式较多，有限元分析时存在一定的 误差。程东辉等人进行了木塑混凝土组 合柱的轴心加载试验和有限元计算，旨 在提高其抗压承载力，同时改善木塑型 材在压力作用下的破坏形态1。赵燕茹 等人对钢纤维混凝土纯扭构件进行了非 线性分析，通过掺入钢纤维改善混凝土 构件的抗扭延性和刚度等性能2。席婧 仪构建钢筋混凝土模型后开展有限元分 析，为带裂缝的钢筋混凝土施工提供了 借鉴3。张晓东等人用虚拟裂缝法模拟 混凝土结构裂纹的扩展过程和非线性断 裂行为，推导了有限元列式并概括其求 解步骤4。胡先坤对钢板-钢纤维混凝 土检查井盖进行了试验研究并做了有限 元分析5。李威君和高波通过实验研究 了钢纤维水泥雨水箅子的失效模式及形 成机理，从静载、冲击和加工等多方面 分析其失效原因，并给出了改进意见6。 本文在该实验的基础上通过有限元模拟， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 进一步研究钢纤维混凝土的高精度计算 方法。 常见的混凝土本构模型主要有： 塑性损伤模型、混凝土弥散裂缝模型， 混凝土开裂模型等几种。使用最为广泛 的是混凝土塑性损伤模型，其相关参数 可以通过混凝土结构设计规范查询， 也可以通过试验获取。该雨水箅子外形 尺寸为 500mm400mm60mm 其有限元 模型如图 1 所示，计算时忽略焊接对连 接部位的影响。所有参数均取自混凝 土结构设计规范 ，也可以使用四分之 一模型进计算。为了模拟实验情况，与 井圈接触部位简支（图 2 中的 A 处） ， 加载部位（图 2 中的 B 处）施加向下的 位移。采用 Embedded 耦合混凝土与钢 纤维的自由度，避免引入过多的接触。 同时限制混凝土下端的最大位移，以模 拟变形过大后与试验台接触，边界条件 如图 2 所示。 为了真实的反映出雨水箅子的受 力情况，试验件为市场上随机购买的产 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 品。通过万用试验机压缩和拉伸本实验 中用涉及的相同型号混凝土和钢筋，可 以获得相关参数，为修正模拟数据提供 参考。采用位移控制进行压缩试验，加 载速度为 0.5mm/min。其载荷位移如图 3 所示。该雨水箅子在载荷 39.5kN 时混 凝土失效，随后承载能力降低至 22.7kN，并产生大量裂纹。进一步增大 位移后，其下端与试验台接触，承载能 力逐步加强。由于加载部位与试验台接 触面较大，很难完全压碎，需要换用刚 性垫块进一步实验。 设置材料的弹塑性参数以及损伤 系数后模拟计算，并和实验进行对比分 析，结果如下图所示： 对比图 4 和图 5 可知雨水箅子和 井圈接触部位及长短边连接处失效，模 拟与实验相符合。模拟中失效形式对称， 而实验时稍有偏移，主要原因是加工和 实验时不是完全对称，这是无法避免的。 该试验件背面失效情况如图 6 所 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 示，长边与井圈接触部位破坏严重，而 短边接触部位破坏较少。这由于是短边 距离加载位置远，载荷传递较少引起的。 对比图 5 和图 6 可知该雨水箅子 上下表面损伤形式不同，实验时上表面 主要承受压缩力，下表面主要承受拉伸 力。由混凝土的力学特性可知，下表面 最先失效并产生裂纹。钢纤维承载很大 的拉伸力，随后钢纤维被剥离，混凝土 整体失效。若将该钢纤维整体下移，充 分利用钢纤维的抗拉伸能力可更好的提 高该雨水箅子的承受能力。 使用刚性垫块加载后，受力如图 7 所示，其受力较为集中，加载荷大多 集中于接触位置，此处易被压碎。与它 相邻的连接处承受拉力，容易被拉伸及 剪切破坏，从而出现混凝土分层的现象。 实验中，钢纤维始终未发生断裂，但是 有明显的弯曲，产生了塑性变形。 总结： 本文通过有限元软件 ABAQUS -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 对某型号钢纤维混凝土雨水箅子进行有 限元分析，并通过实验验证。通过分析 可知塑性损伤模型可较好的模拟混凝土 的失效，本文的采用计算方法及钢纤维 混凝土改进的建议可给工程计算提供一 定的借鉴。 【 嘉南住 1程东辉，王翔旭，杜园元.木 塑-混凝土组合柱轴心受压试验及有限 元分析J. 沈阳建筑大学学报（自然科 学版） ，2017，33（01）：26-34. 2赵燕茹，王磊，代洪伟，时金 娜.钢纤维钢筋混凝土纯扭构件的有限元 分析J.混凝土，2016， （11）：7-11. 3席婧仪 .带裂缝钢筋混凝土结 构的有限元分析J.工程技术研究， 2017， （03）：131+164. 4张晓东，丁勇，任旭春.混凝 土裂纹扩展过程模拟的扩展有限元法研 究J. 工程力学，2013，30（07）：14- 21+27. -精选财经经济