基于擴展離散元法的鋼筋混凝土梁裂縫分析方法
發(fā)布時間：2021-11-29 05:16
針對傳統(tǒng)數(shù)值模擬方法難以準確模擬鋼筋混凝土（RC）梁開裂的問題,提出一種改進的擴展離散元法（EDEM）。該方法引入拉伸-剪切破壞準則,建立六邊形塊體模型,塊體接觸處存在潛在裂縫,根據(jù)EDEM計算流程,將滿足破壞準則的潛在裂縫轉(zhuǎn)化真實裂縫,實現(xiàn)裂縫的模擬。采用該方法建立二維RC梁模型,開展RC梁四點彎曲試驗,結(jié)合理論計算,對其開裂模式、跨中位移及固有頻率變化規(guī)律進行對比。結(jié)果表明:隨著荷載增大,RC梁底部產(chǎn)生裂縫,當裂縫穿過梁寬度方向3/4時,向加載點方向延伸;基于RC梁跨中位移變化和固有頻率連續(xù)下降的特征,可確定裂縫擴展和縱向受拉鋼筋屈服導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)剛度降低過程;EDEM數(shù)值模擬結(jié)果與理論、試驗結(jié)果基本吻合,該方法可有效模擬RC梁開裂和擴展過程。
【文章來源】：世界橋梁. 2020,48(03)北大核心
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
EDEM計算流程
采用EDEM數(shù)值模擬方法，建立一個二維RC梁EDEM模型（見圖2），模型尺寸為100 mm×1 500mm（高×長）。為了準確模擬RC梁模型裂縫的擴展和破壞模式，在模型長度范圍內(nèi)創(chuàng)建了大量的六邊形塊體網(wǎng)格。六邊形塊體邊長S=5mm，塊體單元由邊長為1mm的三角形單元劃分組成。六邊形塊體之間的接觸部分預(yù)先定義為潛在的裂縫，用來表示裂縫的潛在增長路徑。當滿足拉伸-剪切破壞準則時，通過改變力學(xué)性質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化為真正的裂縫。分別采用莫爾-庫侖模型和庫侖滑移模型描述混凝土和新產(chǎn)生裂縫的力學(xué)行為。鋼筋用錨索單元模擬，這種類型的單元可有效模擬混凝土、裂縫和鋼筋之間的力學(xué)行為。支座按照三角形劃分單元，并賦予較大剛度以減少支座自身變形。兩支座之間的距離為900mm，支座與RC梁之間通過共用節(jié)點實現(xiàn)荷載的傳遞。圖2中左側(cè)支座處施加X與Y方向的約束，右側(cè)支座處施加Y方向約束。在梁的中部施加兩點荷載，在動力分析開始之前，先進行靜力平衡計算。為模擬RC梁在錘擊荷載下固有頻率的變化規(guī)律，在進行動力計算時輸入1個頻率為500Hz的短脈沖，以表示由錘擊引起的脈沖。在動態(tài)計算中，利用0.7%的瑞利阻尼來表示材料的衰減，通過記錄每個監(jiān)測點的16 384離散時間信號的數(shù)據(jù)，達到0.001s采樣間隔，利用快速傅立葉變換（FFT）得到RC梁的固有頻率。
試驗過程中，采用智能裂縫測量儀監(jiān)測裂縫的擴展過程，在每一加載階段施加荷載至設(shè)計值時，記錄試驗梁的裂縫。然后將試驗梁卸下，放在橡膠支架上，采用大頻率脈沖沖擊錘，使梁產(chǎn)生垂直自由振動，在梁底部固定加速度計，記錄振動響應(yīng)，獲得固有頻率。在振動測試的同時，采用非接觸激光測振儀（LDV）進行試驗梁固有頻率測試（見圖5）。在振動測量之后，將試驗梁加載到下一加載階段。圖4 試驗梁加載布置
【參考文獻】：
期刊論文
[1]雙工字鋼一混組合連續(xù)梁橋振動特性與控制研究[J]. 荊國強,吳肖波,王波,汪正興. 橋梁建設(shè). 2019(S1)
[2]軸對稱薄壁結(jié)構(gòu)自由振動的邊界元分析[J]. 周琪,陳永強. 力學(xué)學(xué)報. 2019(01)
[3]高速鐵路橋梁動力響應(yīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析方法及其應(yīng)用[J]. 荊國強,王波,柴小鵬,汪正興. 橋梁建設(shè). 2018(02)
[4]橋梁混凝土結(jié)構(gòu)表面裂縫自動識別技術(shù)研究[J]. 阮小麗,王波,荊國強,季德鈞,王永亮. 世界橋梁. 2017(06)
[5]公路橋梁檢測及評價技術(shù)綜述[J]. 賀拴海,趙祥模,馬建,趙煜,宋煥生,宋宏勛,程磊,袁卓婭,黃福偉,張健,田斌,王路陽,戚秀真. 中國公路學(xué)報. 2017(11)
[6]聲發(fā)射技術(shù)在混凝土空心板橋裂縫檢測中的應(yīng)用[J]. 李勝利,石鴻帥,毋光明,王東煒. 橋梁建設(shè). 2017(05)
[7]鋼筋混凝土梁開裂荷載計算公式比較研究[J]. 劉運林,儲德華,劉建軍,種迅. 建筑結(jié)構(gòu). 2015(06)
[8]基于擴展有限元法的鋼筋混凝土梁復(fù)合斷裂過程模擬研究[J]. 茹忠亮,申崴,趙洪波. 工程力學(xué). 2013(05)
[9]希爾伯特-黃變換聯(lián)合分析法在橋梁健康監(jiān)測模態(tài)參數(shù)識別中的應(yīng)用[J]. 程輝,李振東. 世界橋梁. 2010(04)
[10]自由鋼筋混凝土梁固有頻率理論解[J]. 趙亞平,王書茂,焦群英,魏文軍,黃立明. 混凝土與水泥制品. 2005(04)
本文編號：3525914
【文章來源】：世界橋梁. 2020,48(03)北大核心
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
EDEM計算流程
采用EDEM數(shù)值模擬方法，建立一個二維RC梁EDEM模型（見圖2），模型尺寸為100 mm×1 500mm（高×長）。為了準確模擬RC梁模型裂縫的擴展和破壞模式，在模型長度范圍內(nèi)創(chuàng)建了大量的六邊形塊體網(wǎng)格。六邊形塊體邊長S=5mm，塊體單元由邊長為1mm的三角形單元劃分組成。六邊形塊體之間的接觸部分預(yù)先定義為潛在的裂縫，用來表示裂縫的潛在增長路徑。當滿足拉伸-剪切破壞準則時，通過改變力學(xué)性質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化為真正的裂縫。分別采用莫爾-庫侖模型和庫侖滑移模型描述混凝土和新產(chǎn)生裂縫的力學(xué)行為。鋼筋用錨索單元模擬，這種類型的單元可有效模擬混凝土、裂縫和鋼筋之間的力學(xué)行為。支座按照三角形劃分單元，并賦予較大剛度以減少支座自身變形。兩支座之間的距離為900mm，支座與RC梁之間通過共用節(jié)點實現(xiàn)荷載的傳遞。圖2中左側(cè)支座處施加X與Y方向的約束，右側(cè)支座處施加Y方向約束。在梁的中部施加兩點荷載，在動力分析開始之前，先進行靜力平衡計算。為模擬RC梁在錘擊荷載下固有頻率的變化規(guī)律，在進行動力計算時輸入1個頻率為500Hz的短脈沖，以表示由錘擊引起的脈沖。在動態(tài)計算中，利用0.7%的瑞利阻尼來表示材料的衰減，通過記錄每個監(jiān)測點的16 384離散時間信號的數(shù)據(jù)，達到0.001s采樣間隔，利用快速傅立葉變換（FFT）得到RC梁的固有頻率。
試驗過程中，采用智能裂縫測量儀監(jiān)測裂縫的擴展過程，在每一加載階段施加荷載至設(shè)計值時，記錄試驗梁的裂縫。然后將試驗梁卸下，放在橡膠支架上，采用大頻率脈沖沖擊錘，使梁產(chǎn)生垂直自由振動，在梁底部固定加速度計，記錄振動響應(yīng)，獲得固有頻率。在振動測試的同時，采用非接觸激光測振儀（LDV）進行試驗梁固有頻率測試（見圖5）。在振動測量之后，將試驗梁加載到下一加載階段。圖4 試驗梁加載布置
【參考文獻】：
期刊論文
[1]雙工字鋼一混組合連續(xù)梁橋振動特性與控制研究[J]. 荊國強,吳肖波,王波,汪正興. 橋梁建設(shè). 2019(S1)
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[3]高速鐵路橋梁動力響應(yīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析方法及其應(yīng)用[J]. 荊國強,王波,柴小鵬,汪正興. 橋梁建設(shè). 2018(02)
[4]橋梁混凝土結(jié)構(gòu)表面裂縫自動識別技術(shù)研究[J]. 阮小麗,王波,荊國強,季德鈞,王永亮. 世界橋梁. 2017(06)
[5]公路橋梁檢測及評價技術(shù)綜述[J]. 賀拴海,趙祥模,馬建,趙煜,宋煥生,宋宏勛,程磊,袁卓婭,黃福偉,張健,田斌,王路陽,戚秀真. 中國公路學(xué)報. 2017(11)
[6]聲發(fā)射技術(shù)在混凝土空心板橋裂縫檢測中的應(yīng)用[J]. 李勝利,石鴻帥,毋光明,王東煒. 橋梁建設(shè). 2017(05)
[7]鋼筋混凝土梁開裂荷載計算公式比較研究[J]. 劉運林,儲德華,劉建軍,種迅. 建筑結(jié)構(gòu). 2015(06)
[8]基于擴展有限元法的鋼筋混凝土梁復(fù)合斷裂過程模擬研究[J]. 茹忠亮,申崴,趙洪波. 工程力學(xué). 2013(05)
[9]希爾伯特-黃變換聯(lián)合分析法在橋梁健康監(jiān)測模態(tài)參數(shù)識別中的應(yīng)用[J]. 程輝,李振東. 世界橋梁. 2010(04)
[10]自由鋼筋混凝土梁固有頻率理論解[J]. 趙亞平,王書茂,焦群英,魏文軍,黃立明. 混凝土與水泥制品. 2005(04)
本文編號：3525914
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