ANSYS混凝土结构模拟-SOLID185/186-DPC本构模型

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ANSYS的SOLID65单元以Willam-Warnke理论为主,可考虑混凝土开裂和压碎行为,可采用分离模型和整体式模型,为钢筋混凝土结构的分析提供了手段。但该单元计算分析的收敛问题很让人头痛,尤其在荷载-位移曲线水平段和下降段时。在混凝土结构极限荷载分析方面,感觉ABAQUS或ADINA似乎更强。
从V17的某个版本开始,SOLID185/186单元支持DPC模型用于混凝土结构分析,该模型应该较SOLID65单元的混凝土模型更先进,计算的收敛性上也应该更强。
ANSYS的岩土材料模型中包括了剑桥模型(Cam-clay)、摩尔-库伦模型(Mohr-Coulomb)、节理岩体模型(Jointed Rock)、德鲁克-普拉格混凝土模型(Drucker-Prager Concrete,简称DPC模型)、梅内特雷-威兰模型(Menetrey-Willam),这些模型各有特点和适用范围。这里抛开塑性力学的相关理论(这些知识啃起来很费劲,可参见过镇海的著作),仅仅介绍一下怎样使用ANSYS的DPC模型模拟混凝土结构分析。
需要注意的是DPC模型与EDP模型(扩展的DP模型)和DP模型(经典的DP模型)均不相同。DPC模型是在Von Mises理论和Mohr-Coulomb理论的综合和改进的基础上得到的,主要是可反映混凝土抗拉和抗压行为相差较大的情况。DPC模型本身可考虑拉伸、压缩、拉伸-压缩破坏情况,以及混凝土本构关系;还可与Rankine模型或Jointed Rock模型结合计算混凝土结构的极限荷载。
从软件应用角度描述DPC模型,可简单分为3种方法:
第一种为DPC模型,可选本构关系,这是DCP的基本模型。
第二种为DPC模型(部分)与Rankine模型组合。
第三种为DPC模型(部分)与Jointed Rock模型组合。
本文先介绍第一种方法及其输入参数与方法。
1.DPC屈服准则
DPC屈服准则包含两部分,即压缩屈服准则,及拉伸和拉伸-压缩屈服准则,如图1所示。

混凝土DPC

2.DPC的硬化、软化和剪胀行为
在HELP文档中,硬化、软化和剪胀称为HSD(Hardening,Softening and Dilatation),但通过HSD#和DILA分别输入描述HSD行为;其中HSD#有4个模型,如HSD2、HSD4、HSD5、HSD6等。HSD行为相当于混凝土材料的本构关系。因篇幅问题,这里仅介绍其中之一的HSD2模型,如图2所示。

混凝土DPC2

3.参数输入命令与方法
强度参数输入命令方式:TB,CONCR,,,,DP,图3表a)
剪胀系数输入命令方式:TB,CONCR,,,,DILA,图3表b)
HSD2参数输入命令方式:TB,CONCR,,,,HSD2,图3表c)

混凝土DPC3

4.参数取值问题
混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值确定,如C15~C80等。
棱柱体抗压强度也就是轴心抗压强度或单轴抗压强度,一般轴心抗压强度与立方体抗压强度之比为0.78~0.88。
强度值有平均值、标准值和设计值。平均值容易理解,而强度标准值具有不小于95%保证率的强度值得,可通过强度平均值、标准差和变异系数计算得到。强度设计值是在强度标准值的基础上再考虑材料分项系数得到。
DPC中的强度参数可以取强度平均值、强度标准值或强度设计值,具体值取决于计算分析目的。如与试验对比分析时,可取强度平均值(有试块),也可取强度标准值(无试块);如计算用于设计的极限承载力,可取强度设计值等等。GB50010-2010的混凝土强度标准值和强度设计值如下表所示。

图片

从各种文献可以获得某些参考数据,特别注意“仅供参考!”。
普通混凝土双轴受压强度大约为1.1~1.27倍单轴受压强度,一般可取1.2倍。
混凝土拉伸剪胀系数大约为0.2~0.3,混凝土压缩剪胀系数大约为0.75~1.0。
开始硬化时的相对应力大约为0.3~0.5,高限甚至可达0.8。
与KCU对应的相对应力(GB50010)取0.5,有些取到0.85。
剩余压缩相对应力的取值0.2~0.4,高限不详。
抗压强度峰值点的应变KCM和KCU在GB50010中是给定的,可查表确定,也可通过经验表达式计算。
剩余拉伸相对应力的大约为0.1~0.2,强度越高取值越小。
混凝土I型断裂能在50~200N/m之间,混凝土等级越高断裂能越大。
5.定义材料参数命令流示例
!假设采用C40混凝土
!单位制:kg-m-s制
EC=3.25E10!混凝土弹性模量
BOS=0.2!泊松系数
CDEN=2350!混凝土密度
MP,EX,1,EC
MP,PRXY,1,BOS
MP,DENS,1,CDEN
!混凝土强度参数—————–
!采用混凝土标准强度FCK和FTK
RC=26.8E6!单轴抗压强度
RT=2.39E6!单轴抗拉强度
RB=1.2*RC!双轴抗压强度
DETC=1.0!压缩剪胀系数
DETT=0.25!拉伸剪胀系数
TB,CONCR,1,,,DP
TBDATA,1,RC,RT,RB
!混凝土剪胀系数—————–
TB,CONCR,1,,,DILA
TBDATA,1,DELT,DELC
!混凝土HSD2参数—————–
OCI=0.3!开始硬化时相对应力
OCU=0.5!与KCU对应的相对应力
OCR=0.25!剩余压缩相对应力
KCM=0.00179!强度峰值对应应变
KCU=0.00358!变化点应变
OTR=0.12!剩余拉伸相对应力
GFT=100!拉伸I型断裂能
TB,CONCR,1,,,HSD2
TBDATA,1,KCM,KCU,OCI,OCU,OCR
TBDATA,6,GFT,OTR
 
本文系转载,转载原文:
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1690741266667858284
 
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