火灾后钢筋混凝土节点钢筋粘结滑移模拟Word文件下载.docx

火灾后钢筋混凝土节点钢筋粘结滑移模拟Word文件下载.docx

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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。

因此，在大位移响应分析时，连接单元应用的比扭转单元更加广泛。

Input文件使用方法

使用下面的方式定义点和区域间的作用方向不变的弹簧

*Element,type=Spring1

使用下面的方式定义点和点的作用方向不变的弹簧

*Element,type=Spring2

使用下面的方式定义点和点的作用方向由两点间的作用线定义的弹簧

*Element,type=SpringA

ABAQUS/CAE使用方法

在Property和Interaction模块中：

点击Special

Springs/Dashpots

Create，然后选择下列方式定义不同的弹簧单元：

ConnectPointstoGround:

选择点，然后定义弹簧刚度（等同于Spring1）

ConnecttwoPoints:

选择Axis：

specifyfixeddirection，然后定义弹簧刚度（等同于Spring2）

Followlineofaction，然后定义弹簧刚度（等同于SpringA）

在显式分析中的稳定性

SpringA单元引入了两点之间的刚度但是没有引入与之相关的质量。

在隐式动态分析中这代表着一个无可避免的不稳定因素。

弹簧的节点不可避免的会有一些附加质量，通过相邻节点的贡献；

如果这个条件不满足，ABAQUS/Explicit将会出现一个错误信息。

如果这个弹簧单元不是太刚强（相对于相邻的），稳定的时间增量由隐式动力方程确定将能够保证计算的稳定。

相对位移的定义

相对位移的定义是取决于单元类型的，不同的弹簧单元相对位移的概念是不同的。

1.Spring1

对于Spring1单元来说，相对位移就是在i方向上，弹簧几点的位移。

2.Spring2

对于Spring2单元来说，相对位移就是弹簧的第一个节点在i方向的位移与第二个节点在j方向的位移的差值。

Spring2单元如何按照上述公式起作用是非常重要的，应为这种弹簧可以完成许多不好描述的行为。

例如，当按照图3-1所示方式建立Spring2单元就会形成一个压缩弹簧。

图3-1：

压缩弹簧示意图

如果节点位移为

、

，弹簧就表现为压缩，此时在Spring2上的力就是正的。

要想获得拉伸弹簧，Spring2单元需要按照图3-2所示进行建立。

图3-2：

拉伸弹簧示意图

3.SpringA

对于几何线性分析来说，相对位移就是沿着SpringA单元规定的方向上发生的位移。

其中

是弹簧单元在第一个节点的参考方向，

是弹簧单元在第二个节点的参考方向。

对于几何分线性分析来说，SpringA单元的相对位移是弹簧单元咋长度方向上最初和当前状态的改变量。

是当前弹簧单元的长度，

是最初的长度。

这里的

和

是弹簧节点当前位置。

SpringA单元中任何一种情况，当受拉时力就是正的。

定义弹簧行为

弹簧可以定义为线性的也可定义为非线性的，在任何一种情况中，用户都必须将弹簧行为和作用的区域的定义出来。

INP文件的定义方法：

*Spring,Elset=name

其中Elset（单元集合）需要指定一个弹簧单元集合。

ABAQUS/CAE中的定义方法：

点击主菜中Special

Create，在提示区提示用户选择关联的方式，一般选用Selectpoints。

定义线性弹簧的行为：

用户通过一个恒定的弹簧刚度来定义线性弹簧。

（弹簧刚度定义为力与相对位移的比值）能够定义弹簧刚度随温度和场变量的变化规律。

对于直接解稳定状态的动态分析，弹簧刚度还可以定义为依赖于频率，当然也依赖于温度和场变量。

*Spring,Dependencies=n

Firstdataline

Springstiffness,frequency,temperature,fieldvariable1,ect.

……

在Property

Springstiffness。

定义非线性弹簧

用户可以通过一组力和相对位移的数据来定义非线性弹簧的力学行为。

这些数据中的位移需要按照升序排列并且需要定义一系列大范围位移数据来保证定义的正确性。

图3-3：

非线性弹簧力和相对位移关系曲线

关键词

*弹簧

这个关键词被用来定义弹簧单元的弹簧行为。

也被通过分配一个结构阻尼因素来形成假设部件的弹簧刚度矩阵。

在定义弹簧单元式需要定义的参数

Elset

定义这个参数是用来命名哪些需要被定义为弹簧单元的单元集合

可选参数

复合刚度

这个参数在直接求解，子空间的稳态分析和基础模态分析中是有价值的。

利用*Frequency来定义，Dampingprojection=0在ABAQUS/Standard支持非对角矩阵。

这定义真实或假定部件的刚度时需要定义这个参数，在假设部件中代表的是结构阻尼。

如果没有定义此参数，系统默认为真实刚度。

Dependencies

设定这个参数等同于设定这定义弹簧刚度数据时包含场变量的数目，除了温度之外。

如果这个参数省略，系统默认为弹簧刚度是不依赖于场变量的。

Nonliear

利用这个参数来定义非线性弹簧行为，省略时，默认为线性弹簧

Orientation（方向）

这个参数只能在ABAQUA/Stanard分析中使用

如果该选项被用来定义SPRING1或SPRING2单元的行为，这个参数可以用来指定一个方向，这样弹簧可以作用到局部系统。

利用*Orientation来定义这个参数

Rtol

ThisparameterappliesonlytoAbaqus/Explicitanalyses.

Setthisparameterequaltothetolerancetobeusedforregularizingthematerialdata.ThedefaultisRTOL=0.03.See“Materialdatadefinition,”Section17.1.2oftheAbaqusAnalysisUser'

sManual,foradiscussionofdataregularization.

利用数据线来定义Spring1，Spring2和Jointc单元

第一行

1.与弹簧单元第一个节点相关联的自由度，对于Jointc单元，弹簧行为定义的自由度

2.对于Spring2单元给定与其第二个节点相关联的自由度

如果orientition参数包含在*spring选项中，当定义弹簧单元或在*joint选项定义节点单元时，此处的自由度使用局部体系中定义的自由度。

第二行

1.真实的刚度（力/相对位移）

2.Frequency。

仅适用于*STEADYSTATEDYNAMICS,DIRECT;

*STEADYSTATEDYNAMICS,SUBSPACEPROJECTION;

and*STEADYSTATEDYNAMICSand*MODALDYNAMICanalysesthatsupportnondiagonaldamping.

3.温度

4．第一场变量

5．第二个场变量

6．等等，知道第五个场变量

后续行

1．第六个场变量

2．等等，直到到达每行最多的八个场变量

第二部分：

弹簧单元在模拟中的应用

ABAQUS/CAE中并不支持非线性弹簧的直接添加，因此需要在inp文件中使用keyword来添加Spring2。

第一部分已经介绍了在inp文件中添加非线性弹簧的格式，下面结合实际模型介绍添加非线性弹簧的方法。

本次模拟的模型较大，相关的弹簧和混凝土采用直接用弹簧连接的方式。

首先将模型创建完成，如图3-1所示。

应为是模拟火灾后钢筋混凝土抗震性能，主要关注的梁上钢筋的粘结滑移对模拟的影响，所以梁上的纵筋采用弹簧单元与混凝土连接，其他的钢筋（柱的纵筋、箍筋和梁上的箍筋）都采用Embedded的方式与混凝土相连，如图3-2所示。

为方便添加弹簧，混凝土部件在钢筋插入的地方都作出了切面，这样在划分网格的时候能够保证钢筋部件与混凝土部件连接的地方能够紧密的连接，更接近真实情况。

在mesh模块中，将钢筋和混凝土实体划分网格，并保证它们节点数目相同。

为了方便在inp中添加弹簧，需要清楚混凝土内部网格分布，节点的编号。

ABAQUS后处理模块提供了切片工具，可以利用这个工具方便的观察混凝土内部的编号情况。

首先建立一个job并提交一下，然后点击kill，中止分析，点击result进入后处理模块。

点击主菜单Option

Common，弹出CommonPlotOptions对话框，如图3-3（a）所示，点击Lables选项卡，如图3-3（b）所示，选中shownodelables前的选项，点击OK按钮，

模型上节点编号就出现了，如图3-4所示。

点击主菜单Tools

DisplayGroup

Create，弹出CreateDisplayGroup对话框，如图3-5所示。

在Item（项目）选项中选中partinstance选项，在右侧的对话框中选择concrete实体，点击下方的replace按钮，绘图区就仅显示混凝土实体了。

ViewCut

Manager，弹出ViewCutManager对话框，如图3-6所示，选中Y-Plane前的选项，在position选项中选择合适的数值，绘图区如图3-7（a）所示，选择合适的观测方向，如图3-7（b）所示，同理可以观察钢筋在此处的编号，如图3-8所示，他们的相对位置如图3-9所示。

钢筋混凝土三维模型

模型中嵌入钢筋的位置

（a）（b）

CommonPlotOptions对话框

图3-4：

模型中所有节点编号

图3-5：

CreateDisplayGroup对话框

图3-6：

ViewCutManager对话框

（a）

（b）

图3-7：

混凝土切片

图3-8：

钢筋切片

图3-9：

钢筋和混凝土在切片处的相对位置

在job模块中，点击主菜单Job

Manager，弹出JobManager对话框，如图3-10所示，点击WriteInput按钮，在ABAQUS默认工作目录下就生成了此模型的Inp文件，找到并打开inp文件。

图3-10：

JobManager对话框

在inp文件中键入以下关键词，

*Element,type=Spring2（单元类型）,elset=Springs/Dashpots-1-spring（单元集合名称）

1（编号）,beam-16-1.2（钢筋实体节点编号）,concrete-1.49（与之对应的混凝土编号）

*Spring,elset=Springs/Dashpots-1-spring（单元集合名称）,nonlinear（非线性）

1,1（约束的方向）

…（力）,…（相对位移）

…，…

不同位置的弹簧的F-S取值是不同的，这需要根据弹簧位置决定的。

F-S取值是通过

关系曲线与对用面积的乘积获得的，其面积分布见图3-11所示。

图3-11：

弹簧分配面积图

τ-S关系曲线参考了CEB-FIP，其计算公式为：

如图3-12所示。

图3-12：

CEB-FIP建议的

关系曲线

的取值见表3-1。

表3-1：

关于

关系曲线中参数的定义

没有侧向约束的混凝土

有侧向约束的混凝土

粘结情况良好

其他情况

0.6mm

1.0mm

3.0mm

2.5mm

clearribspacing

0.4

0.15