一種新老混凝土黏結約束收縮有限元模型的構建方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種新老混凝土黏結約束收縮有限元模型的構建方法。
【背景技術】
[0002] 在混凝土結構中，混凝土的收縮是一種必然現(xiàn)象，是指混凝土在不受力的情況下， 因變形需產生的體積減小。當混凝土結構處于自由狀態(tài)時，這樣的收縮不會導致不良后果。 然而在實際的加固工程中，新老混凝土相互黏結，而老混凝土往往收縮已經基本停止，新澆 混凝土要收縮就會受到老混凝土的約束而引起拉應力。如果拉應力超過新混凝土的抗拉強 度或新老混凝土的黏結強度，就容易產生裂縫，影響結構的承載力和耐久性。因此，在設計 時需要建立一種簡單實用的新老混凝土黏結收縮有限元模型，便于分析新老混凝土黏結收 縮引起的應力與變形問題。

【發(fā)明內容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種新老混凝土黏結約束收縮有限元模型的構 建方法，建立相應的有限元模型用以分析新老混凝土黏結收縮引起的應力與變形問題。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：一種新老混凝土黏結約束收縮有限 元模型的構建方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0005] 步驟Sl :利用ABAQUS有限元軟件中的線性縮減積分單元建立新老混凝土模型；
[0006] 步驟S2 :所述新老混凝土模型中通過定義接觸將新混凝土與老混凝土聯(lián)系起來， 不考慮新混凝土與老混凝土之間的黏結滑移，采用綁定約束來模擬黏結；
[0007] 步驟S3 :確定混凝土的徐變系數#V /)即
[0009] 式中：t為混凝土齡期，t。為混凝土開始受荷的時刻，E(t)為混凝土 t時刻的彈性 模量，J (t，t。）為混凝土的徐變函數；
[0010] 混凝土的徐變函數采用B3模型，即：
[0011] J (t, t〇) = q!+C〇 (t, t〇) +Cd (t, t〇, ti)
[0012] 式中：Q1= 0. 6X 10 6/E2S，CQ(t, t。）為混凝土的基本徐變函數，Cd(t, t。, h)為混凝 土的干燥徐變函數，h為混凝土開始干燥收縮的時刻且t t。；
[0013] 所述基本徐變函數C。(t, t。）的表達式為：
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[0022] 上面各式中：c為混凝土的水泥用量（kg/m3)，W/c為水灰比，a/c為骨灰比，f。 為混凝土的圓柱體抗壓強度；
[0023] 所述干燥徐變函數Cd (t，t。，D的表達式為：
[0027] 式中：ε sh, "為混凝土的最終收縮值，h為環(huán)境的相對濕度且0彡h彡1，
[0030] 式中：V/S為構件的體表面積比；
[0031] 步驟S4 :計算混凝土的彈性模量E⑴隨齡期的變化，即：
[0033] 式中：E。為混凝土彈性模量終值，t為混凝土齡期，α、β為常數，其中β為1，α 為-0· 09 ;
[0034] 再將△ tn時間間隔內的彈性模量取為一定值，取此時間間隔內中點時刻的彈性 模量，即[=(U+U/2 = υ0.5Δ〖"時刻的彈性模量，考慮混凝土徐變的影響，將該時間 間隔內的彈性模量用混凝土的有效彈性模量來代替，即F'⑴=卩?《)/(丨+舛?，·:，其中， Mi，心)為混凝土的徐變系數；
[0035] 步驟S5 :約束收縮分析方法采用當量溫差法，將收縮產生的變形換算成引起同樣 大小變形所需的溫度差，首先根據試驗實測值擬合出新混凝土的自由收縮esh(t)的計算 式，然后將收縮換成收縮當量溫差Tsh (t)，即：
[0037] 式中：α為新混凝土的線膨脹系數；
[0038] 然后將所述收縮當量溫差Tsh (t)作為場荷載加載到新混凝土上，以實現(xiàn)新混凝土 的收縮。
[0039] 進一步的，所述步驟Sl中新老混凝土模型的單位尺寸為10mm。
[0040] 進一步的，所述步驟S2中綁定約束的接觸屬性用一下關鍵詞來定義：
[0041 ] *Tie，name =〈接觸屬性的名稱〉，adjust = yes
[0042] 〈從面名稱〉，〈主面名稱〉
[0043] 所述新老混凝土模型中將新混凝土的黏結面定義為從面，將老混凝土的黏結面定 義為主面。
[0044] 進一步的，所述步驟S5中當量溫差法的命令流為：
[0045] ^Initial Conditions, type = TEMPERATURE
[0046] 〈節(jié)點集合或節(jié)點標號〉，〈初始溫度〉，……
[0047] ......
[0048] ^Temperature
[0049] 〈節(jié)點集合或節(jié)點標號〉，〈改變后溫度值〉，……。
[0050] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下有益效果：本發(fā)明采用彈塑性分析的方法，考慮 了新老混凝土黏結的特點及混凝土徐變等特性，并采用"當量溫差法"作為約束收縮分析方 法，所得到的有限元模型既簡便又與實際情況相一致，其分析結果與試驗數據相比較十分 接近，可以用來分析由于新混凝土的約束收縮而產生的變形及應力分布。
【附圖說明】
[0051] 圖1為本發(fā)明有限元模型示意圖。
[0052] 圖2為本發(fā)明有限元模型變形模擬圖。
[0053] 圖3為本發(fā)明黏結試件的測點布置圖
[0054] 圖4a為本發(fā)明有限元模型測點2的計算結果與試驗結果比較圖。
[0055] 圖4b為本發(fā)明有限元模型測點3的計算結果與試驗結果比較圖。
[0056] 圖5為本發(fā)明有限元模型收縮應變示意圖。
[0057] 圖6為本發(fā)明有限元模型應力分布云圖。
[0058] 圖7為本發(fā)明有限元模型跨中截面正應力云圖。
[0059] 圖8為本發(fā)明有限元模型結面上的剪應力云圖。
[0060] 圖中：1-新混凝土；2-老混凝土；3-黏結面。
【具體實施方式】
[0061] 下面結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0062] 請參照圖1，本發(fā)明提供一種新老混凝土黏結約束收縮有限元模型的構建方法，包 括以下步驟：
[0063] 步驟Sl :如圖1所示為本發(fā)明的有限元模型示意圖，利用ABAQUS有限元軟件中的 線性縮減積分單元（C3D8R)建立新老混凝土模型，為了保證計算的精度所述新老混凝土模 型的單位尺寸為IOmm。
[0064] 步驟S2 :所述新老混凝土模型中通過定義接觸將新混凝土與老混凝土聯(lián)系起來， 不考慮新混凝土 1與老混凝土 2之間的黏結滑移，采用綁定約束（tie)來模擬黏結，所述綁 定約束的接觸屬性用一下關鍵詞來定義：
[0065] *Tie，name =〈接觸屬性的名稱〉，adjust = yes
[0066] 〈從面名稱〉，〈主面名稱〉
[0067] 所述新老混凝土模型中將新混凝土 1的黏結面3定義為從面，將老混凝土 2的黏 結面3定義為主面。
[0068] 步驟S3 :確定混凝土的徐變系數爐，即
[0070] 式中：t為混凝土齡期，t。為混凝土開始受荷的時刻，E(t)為混凝土 t時刻的彈性 模量，J (t，t。）為混凝土的徐變函數；
[0071] 混凝土的徐變函數采用B3模型，即：
[0073] 式中：Q1= 0. 6X 10 6/E2S，CQ(t, t。）為混凝土的基本徐變函數，Cd(t, t。，h)為混凝 土的干燥徐變函數，h為混凝土開始干燥收縮的時刻且t t。；
[0074] 所述基本徐變函數C。(t, t。）的表達式為：
[0083] 上面各式中：c為混凝土的水泥用量（kg/m3)，W/c為水灰比，a/c為骨灰比，P。 為混凝土的圓柱體抗壓強度；
[0084] 所述干燥徐變函數Cd (t，t。，h)的表達式為：
[0088] 式中：ε sh, "為混凝土的最終收縮值，h為環(huán)境的相對濕度且0彡h彡1，
[0091] 式中：V/S為構件的體表面積比；
[0092] 步驟S4 :計算混凝土的彈性模量E (t)隨齡期的變化，即：
[0093] E(t) = E0 (I-β e〇t)
[0094] 式中：E。為混凝土彈性模量終值（MPa)，可按規(guī)范取值，t為混凝土齡期（d)，a、β 為常數，其中β為1，a為-0.09;
[0095] 再將△ tn時間間隔內的彈性模量取為一定值，取此時間間隔內中點時刻的彈性 模量，即[ = +^)/2 = U +0.5Δ?"時刻的彈性模量，考慮混凝土徐變的影響，將該時間 間隔內的彈性模量用混凝土的有效彈性模量來代替，即五':ω=:￡·(??)/(1+.^?，0)，其中， U為混凝土的徐變系數；