连续配筋混凝土路面荷载应力的有限元分析
连续配筋水泥混凝土路面裂缝传荷系数三维有限元分析

,
集 料嵌 锁 刚度 G 。 l 1 2 ] 为
G A G=I , k l ,
式中
k为地基 反应 模量 , MP a / m; f 为C R C P面层板 的相对 刚 度半径 , m。
裂缝 处 的传荷 系数 与裂缝 刚度 关 系密切 , A A S H T O 2 0 0 2中给 出了考 虑集 料嵌 锁 、 纵 向钢 筋 和 基层 传
度 。采用三 向弹簧单元模拟钢筋和混凝土界面联结 , 竖向 ( 方 向 )弹簧单元模 拟混 凝土对 钢筋 的支 撑 ; 刚度
分配按 照“ 贡献面积” 的原则 , 通过在相邻混凝土面层板侧面对应结点设置三 向弹簧单元 , 模拟集料嵌锁 的传 荷 作用; 建立并验证考虑裂缝传荷系数 的 C R C P三维有 限元模 型。利用 该模 型分析标 准轮载作 用下路 面结构 参
3 . 青 岛市市政工程设 计研 究院有 限责任公 司, 山东 青岛 2 6 6 1 0 0 )
摘要: 基于 A B A Q U S有 限元 软 件 , 采 用 梁 单 元 模 拟 纵 向钢 筋 , 根据 T i mo s h e n k o 梁 理论 , 确 定 支 撑 反 力 的 作 用 长
确定 支撑 反力 的作 用长 度 。采 用 三 向 弹 簧单 元 模 拟 钢 筋 和 混 凝 土 之 间 的 界 面联 结 J , 其 中, 竖 向( 方
向) 的弹簧单 元模 拟混凝 土对 钢筋 的支 撑作 用 , 建 立 三维 C R C P有 限元模 型 , 分 析标 准轮 载作 用 下各 路 面
第2 3卷
第1 期
山东交通学院学报
J O U R N A L O F S HA N D O NG J I A O T O N G U N I VE RS I T Y
连续配筋混凝土路面板计算力学模型研究

连续配筋混凝土路面板计算力学模型研究摘要:以连续配筋混凝土路面板结构为研究对象,基于有限元方法,利用有限元分析软件ANSYS建立了两种不同的计算力学模型,分别模拟了在温度荷载和不同工况下车辆荷载单独作用下混凝土的位移和应力并进行了比较,得出了可靠结论。
关键词:连续配筋混凝土,计算力学,有限元法,温度荷载,ANSYS连续配筋混凝土路面(CRCP)是沿着行车方向连续配置纵向钢筋的一种路面结构。
在CRCP结构中,由于设置了纵向钢筋,不必要设置胀、缩缝,大大减少了缝的数目,改善了行车舒适性。
CRCP路面实质上是一种钢筋混凝土结构,尤其是混凝土表现出明显的非线性行为。
长期以来的设计方法使用杆系的或者平面的线弹性理论来研究钢筋砼结构的内力和应力,显然,这是不太合理的。
对于连续配筋的混凝土板结构的受力分析,建立力学模型较为困难,即使建立了能够合理描述其力学行为的模型,求解微分方程也将是复杂和繁琐的过程[1]。
有限元法的出现和计算机的发展为解决这类问题提供了可行的方法。
本文将利用有限元软件ANSYS建立两种不同的钢筋砼三维模型,通过具体问题的求解比较二者的差异性[1]。
模型介绍1.1无滑移模型针对钢筋混凝土的有限元分析,最重要的就是建立合理的能够模拟钢筋与混凝土二者力学行为的有限元模型。
在钢筋砼结构内部,钢筋和砼在共同受力、共同变形的基础上会出现相对滑移。
但是在不考虑混凝土开裂、主要针对整体结构承载力的研究中可以认为二者没有滑移[2]。
结构计算时采用的基本假定:截面变形服从平截面假定;砼变形服从小变形假定;假设钢筋与砼理想粘结,没有滑移;砼开裂前可以承受一定拉应力;混凝土单元。
ANSYS中的solid65单元是经典的三维实体8节点单元,可以描述混凝土开裂和压碎的性质。
此种单元最重要方面是其对材料非线性的处理,可以模拟混凝土的塑性变形及徐变。
钢筋单元。
Link8单元式ANSYS中提供的一种两节点三维杆单元,link8单元只承受轴向力,不承受弯矩和剪力,具有塑性、蠕变、膨胀和应力刚化、大应变能力。
连续配筋混凝土路面的荷载应力分析

工程科技
连续配筋混凝 土路 面的荷 载应力分析
孙 中 良
( 黑龙 江省龙建路桥 第二工程有限公司 , 黑龙江 安达 1 5 1 4 0 0 ) 摘 要: 从我 国的 国情 出发 , 为 了能够减少连 续配筋混凝土路 面的初期建设投资 , 开拓连续 配筋混凝 土路 面的应用前景 , 应 充分考 虑纵 、 横 向连续钢筋对板承载力的有利作 用, 从 而在设 计连 续配筋混凝土路面 时能合理地确定板的厚度 。 因此必须建立理论模型 , 结合 试 验路 对 连 续 配 筋 混凝 土路 面 的荷 载 应 力 作 详 细 分析 。 关键词 : 连续配筋混凝土路 面; 荷载应力 ; 分析 连续配筋水 泥混凝 土路面是 一种特 殊形式 的水泥 混凝 土路 2 连 续 配 筋 混 凝 土 路面 荷 载 应 力 分 析 面, 在高 等级公路 中有 广阔 的应用前景 , 我国 1 9 9 4版 的水泥 混凝 连续 配筋混凝 土路 面与普 通有接 缝混 凝土 路面 ( 以下 简称 土路面设 计规范 中新增 了连续 配筋水 泥混凝土 路面是 一种特 殊 J c P ) 相 比, 具有一定 的特殊性 。首先 , 它不按一定的缩缝间距对板 形式的水泥混凝土路 面,在高等级 公路中有广 阔的应用 前景 , 基 进行分块 ,而是被许 多间距 不一的横 向细小裂缝所分隔 ,而 J C P 于它 良好 的长期使用性能 , 可以认为连续 配筋混凝土路 面将 作为 缩缝 间距为 4 ~ 6 m; 其次 , 连续配筋 混凝 土路面多在 高等级公路上 种可供选 择的路 面结构 型式用于我国的高等级公路建设 。 使用 , 一般宜采用半 幅路面一次摊铺而不设纵 向缩缝 , 板宽较 J C P
1 . 2 钢筋 模 型 的需 要 。
路面结构有限元模型

路面结构有限元模型路面结构是指由路面层、基层和基础层组成的道路构造形式。
在道路工程中,为了评估路面结构的性能和可靠性,通常采用有限元模型进行分析和设计。
有限元模型是一种数值计算方法,它将复杂的结构分割为许多小的单元,通过对每个单元进行力学分析,再将它们组合起来得到整体的力学响应。
在路面结构中,有限元模型可以用来分析路面层、基层和基础层的受力和变形情况。
在建立路面结构的有限元模型时,需要考虑路面层的材料特性、厚度、强度等因素。
一般来说,路面层通常由沥青混凝土或水泥混凝土构成,具有较高的强度和耐久性。
基层则通常由碎石、砂石等材料构成,用来分散和承受车辆荷载。
基础层则是路面结构的基础,通常由土壤或石料填充而成,用来分散和承受基层的荷载。
通过有限元模型分析路面结构,可以评估其受力性能和变形情况。
在实际道路工程中,需要考虑不同车辆类型和荷载条件对路面结构的影响。
通过有限元模型,可以预测路面结构在不同荷载条件下的变形和破坏情况,从而提供合理的设计和施工建议。
在有限元模型中,还可以考虑不同的边界条件和加载方式。
例如,可以模拟车辆在路面上行驶的荷载作用,分析路面结构在动态荷载下的响应。
此外,还可以考虑温度、湿度等环境因素对路面结构的影响,分析路面结构在不同环境条件下的变形和破坏情况。
有限元模型可以帮助工程师优化路面结构的设计和施工方案。
通过对不同参数和材料的分析,可以找到最经济和可靠的路面结构形式。
此外,还可以评估不同维修和养护策略对路面结构的影响,提出合理的维修和养护建议,延长路面结构的使用寿命。
有限元模型是评估路面结构性能和可靠性的重要工具。
通过建立准确的有限元模型,可以分析路面结构在不同荷载和环境条件下的受力和变形情况,提供合理的设计和维修建议,确保道路的安全和可持续性发展。
钢筋混凝土结构的有限元分析

钢筋混凝土结构的有限元分析任何纷繁复杂的知识体系,都如同枝叶繁茂的苍天大树,本人习惯先抓住主干理清思路,然后再对各枝叶逐个击破,混凝土结构的有限元分析亦如是。
本文即从分析层面和单元维度层面梳理了对混凝土结构有限元分析的认知和思考。
需要说明的是,Gin主攻方向是结构工程,本文讨论的范围也仅限于结构工程,暂不包含岩土工程与风工程。
基于分析层面的归纳基于Gin的理解,混凝土结构的有限元分析按照分析层面进行分类,可归纳为材料层面、构件层面及体系层面。
材料层面,揭示了混凝土材料在不同几何维度下最根本的力学机理与物理规律,这是混凝土结构有限元分析的根。
基于基本的力学规律,结合试验结果进行抽象和拟合,便得到了不同维度下、引入不同考量因素的材料本构模型。
如果能得到一个新的本构,估计也够毕业一个博士。
构件层面,即研究各类混凝土结构构件拉、压、剪、扭、弯的力学性能及其耦合效应,并将结果规范化、条文化。
简单点的,如不同高跨比混凝土梁受剪性能研究等等;时髦点的,如某FRP自复位混凝土剪力墙抗震性能研究等等;复杂点的,如不同截面形状钢骨混凝土柱受力性能研究等等……这些都是基于构件层面的分析研究,其应用价值一方面是为工程设计提供指导,另一方面则是为体系分析提供依据。
规范里一个不起眼的建议值,往往背后蕴含着众多学者/学生日以继夜的构件试验。
体系层面,主要是模拟、评估实际结构的各种性能。
就结构工程而言,体系层面的分析主要包括抗风分析与抗震分析。
其应用价值,一方面是从整体上获得结构变形、内力及损伤的分布,为构件层面的设计提供依据;另一方面,得到对结构各项性能的评价,如抗震性能、抗倒塌性能、可恢复性能、舒适性等等,而这恰恰是最直接、也最为人们所关注的指标。
基于单元维度层面的归纳按照计算单元的维度,混凝土结构的有限元分析又可划分为基于一维单元的分析、基于二维单元的分析及基于三维单元的分析。
一维单元主要包括能够描述弯曲性能的梁单元和不能描述弯曲性能的杆单元(此外有还有零长度单元等概念,本文不做过多讨论)。
钢筋混凝土结构建模与有限元分析的应用研究

钢筋混凝土结构建模与有限元分析的应用研究钢筋混凝土是目前使用最广泛的建筑材料之一,因其强度高、耐久性好、施工灵活性高等优点而被广泛应用于各种建筑结构中。
在设计和施工过程中,钢筋混凝土结构需要进行建模和有限元分析,以确保结构的安全性和可靠性。
本文将探讨钢筋混凝土结构建模与有限元分析的应用研究。
钢筋混凝土结构的建模是指将实际结构的几何形状、材料特性和边界条件等信息转化为计算模型的过程。
建模的目的是得到一个能够准确描述结构行为的数学模型,以用于有限元分析。
在建模过程中,需要考虑结构的几何形状、材料性质、外界荷载、支座条件等因素。
一般情况下,可以使用计算机辅助设计(CAD)软件进行几何建模,根据结构的实际情况选择不同类型的有限元单元进行离散化。
有限元分析是指利用数值方法将结构分割为有限个子单元,在每个子单元内进行力学计算,并通过求解子单元之间的平衡关系来得到整个结构的应变、应力和变形等力学参数。
在有限元分析中,需要输入已建模的结构几何信息、材料特性、边界条件和荷载信息等数据,对结构进行数值计算,得到结构在不同工况下的力学响应。
根据计算结果,可以评估结构的安全性,如极限承载力、变形性能等,为结构的设计和施工提供参考依据。
钢筋混凝土结构建模与有限元分析的应用研究主要涉及以下方面:1. 结构性能评估:通过建立真实的结构模型,使用有限元方法对结构在正常使用条件下的力学性能进行分析,包括承载性能、刚度、振动特性等。
通过对结构的性能进行评估,可以发现结构的弱点和不足之处,为结构改进和优化提供依据。
2. 抗震性能研究:钢筋混凝土结构在地震荷载下的抗震性能是一个重要的研究方向。
通过建立真实的3D结构模型,考虑结构的非线性行为、接触条件、材料的损伤和破坏等因素,进行地震动力学分析,评估结构在地震荷载下的抗震性能,并提出相应的抗震设计措施。
3. 施工工艺模拟:在实际的施工阶段,建筑结构会受到施工工艺的影响,包括浇筑过程中的温度和应力的变化等。
基于有限元分析的钢筋混凝土梁抗震性能研究

基于有限元分析的钢筋混凝土梁抗震性能研究钢筋混凝土梁是建筑结构中常见的构件,其承载着楼板和其他建筑元素的重量。
在地震等灾害情况下,钢筋混凝土梁也承受着很大的地震力,因此其抗震性能显得尤为重要。
本文将基于有限元分析方法研究钢筋混凝土梁的抗震性能,并探讨影响其抗震性能的因素。
一、有限元分析方法简介有限元分析方法是一种常用的结构力学分析方法,其基本思想是将连续物体离散化成有限个单元,然后通过单元之间的相互作用,计算整个结构的应力分布情况。
有限元分析方法适用于各种结构的分析,特别是在复杂环境下的结构分析中应用最为广泛。
在本文中,我们将借助有限元分析方法,对钢筋混凝土梁进行抗震性能分析。
二、钢筋混凝土梁的基本结构钢筋混凝土梁是由混凝土和钢筋组成的组合构件,其主要的受力部位包括上弦、下弦和腹板等部分。
其中,上弦和下弦部分通过腹板相互连接,使整个构件具有更高的承载能力。
钢筋混凝土梁的抗震性能受到其结构性能和材料性能的影响。
三、抗震性能分析1. 结构参数的影响钢筋混凝土梁的结构参数包括受力结构形式、截面型式和钢筋配置等。
这些参数对其抗震性能有着不同程度的影响。
通过有限元分析方法,可以探讨这些结构参数对钢筋混凝土梁的抗震性能的影响。
比如,合理的受力结构形式和截面型式对提高抗震性能有着很大的帮助。
2. 材料参数的影响钢筋混凝土梁的材料参数包括混凝土强度、钢筋材质、钢筋直径和长度等。
其中,混凝土强度是影响其抗震性能最为重要的因素。
通过对这些材料参数进行合理的配置和选择,可以提高钢筋混凝土梁的抗震性能。
3. 地震作用下的响应钢筋混凝土梁在地震作用下的响应包括位移、加速度、应力等情况。
有限元分析方法可以模拟出钢筋混凝土梁在地震作用下的响应情况,从而对其抗震性能进行评估和分析。
四、结论通过基于有限元分析的方法对钢筋混凝土梁的抗震性能进行研究,我们可以发现,钢筋混凝土梁的抗震性能与其结构参数和材料参数密切相关。
在钢筋混凝土梁的设计和施工中,应注意合理配置和选择这些参数,以提高其抗震性能。
钢筋混凝土有限元分析

钢筋混凝土有限元分析(1)首先建立有限元模型,这里我们选用ANSYS软件自带的专门针对混凝土的单元类型Solid 65,进入ANSYS主菜单Preprocessor->Element Type->Add/Edit/Delete,选择添加Solid 65号混凝土单元。
(2) 点击Element types窗口中的Options,设定Stress relax after cracking为Include,即考虑混凝土开裂后的应力软化行为,这样在很多时候都可以提高计算的收敛效率。
(3) 下面我们要通过实参数来设置Solid 65单元中的配筋情况。
进入ANSYS主菜单Preprocessor-> Real Constants->Add/Edit/Delete,添加实参数类型1与Solid 65单元相关,输入钢筋的材料属性为2号材料,但不输入钢筋面积,即这类实参数是素混凝土的配筋情况。
(4) 再添加第二个实参数,输入X方向配筋为0.05,即X方向的体积配筋率为5%。
(5) 下面输入混凝土的材料属性。
混凝土的材料属性比较复杂,其力学属性部分一般由以下3部分组成:基本属性,包括弹性模量和泊松比;本构关系,定义等效应力应变行为;破坏准则,定义开裂强度和压碎强度。
下面分别介绍如下。
(6) 首先进入ANSYS主菜单Preprocessor-> Material Props-> Material Models,在DefineMaterial Model Behavior 窗口中选择Structural-> Linear -> Elastic-> Isotropic,输入弹性模量和泊松比分别为30e9和0.2(7) 下面输入混凝土的等效应力应变关系,这里我们选择von Mises屈服面,该屈服面对于二维受力的混凝土而言精度还是可以接受的。
在Define Material Model Behavior 窗口中选择Structural-> Nonlinear->Inelastic-> Rate Independent-> Isotropic Hardening Plasticity-> Mises Plasticity-> Multilinear,输入混凝土的等效应力应变曲线如下图所示。
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R C P的荷载应 力进行 分析 计算[ 4 1 。 应 力 均 为零 ; ③ 路 面 各 结构 层 连 续 、 均质 、 各 向同 性 、 层 底部 中间结 点对 C
摘
要: 针 对 连 续 配 筋 混 凝 土 路 面 的 荷 载 应 力 问题 , 笔 者 应 用 有 限 元 分 析 软 件 建 立 了不 同路 面 板 模 型 , 并 分 析 讨 论 了 各
个 因素 对 路 面 中荷 载 应 力 的影 响情 况 。分 析 计 算 表 明 . 控 制 路 面 面 层 厚 度 和 面层 材 料 . 可 有 效 改 善 连 续 配 筋 混 凝 土 路 面 中荷 载应 力 的分 布 情 况 。 该 分 析成 果 可 对 连 续 配 筋 混 凝 土 路 面 的设 计 和施 工 提 供 一 定 的 理 论参 考 。
器 基 础 与结 构 工程
Fo und at i on 箍 黪% £ r @ Engi n eer i n  ̄ ' l
连续配筋混凝 土路面荷载应 力的有 限元分析
白 捷, 张 中兴 , 林 祥 波
2 5 6 4 1 0 )
( 山东 东泰 工 程 咨 询 有 限 公 司 , 山东 淄 博
B a i J i e , Z h a n g Z h o n g x i n g , L i n Xi a n g b o
为减 少混 凝 土 路面 中由 于横 向胀缝 、 缩缝 处 薄 弱 计 算 。横 向钢 筋 的用量可 按 式 ( 1 ) 计 算 确定 : 引起 的各种 路 面病 害 , 在 高 等级 公 路特 殊 地 段采 用 连 续 配 筋混 凝 土路 面 是一 种合 理 的路 面结 构形 式 。 连 续
关键 词 : 道路 ; 连续配筋路面 ; 有 限元 方 法 ; 荷 载 应 力 中 图分 类号 : U 4 1 6 . 2 1 6 2 文 献标 志码 : B 文章编号 : 1 0 0 9 — 7 7 6 7 ( 2 0 1 3 ) 0 3 - 0 1 3 4 — 0 3
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Fi n i t e El e me n t An a l y s i s o f Lo a d S t r e s s o f Co n t i n u o u s l y Re i n f o r c e d Co n c r e t e Pa v e me n t
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基 础 与 结 构 工 程 器
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构设 计 的重要 依 据 之一 , 为此 . 笔 者应 用 A b a q u s 有 限
元 软件 建立 了不 同路 面板 模 型来分 析 C R C P路 面 中的 荷 载应 力情 况
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表 1 主要 材料 参数
对 于 连续 配 筋 混凝 土 路 面 , 由于在 路 面板 厚 度 方 向需 考 虑 纵 向 、 横 向钢 筋 的作 用 , 不 宜 采 用 薄 板 单 元
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5 O
面层厚度/ c m a ) 应力一 面 层 厚 度
作 为平 面 问题 处理 , 而应 采用 三维有 限元 分析方 法 。 路 面实 际 受力 情 况 比较 复杂 , 笔 者 应用 有 限元 软件 分 析
时做 如下基 本假 定 : ① 面 层与 基层 的接 触面 密贴 、 无 间 2 分析 计算 根 据 所 建 有 限元 模 型 , 选 取面层厚度 、 面 层 混 凝 隙, 板底和基层顶面的垂直位移相 同; ② 面层 与基 层
2 c m[ 。主要 材料 参 数 如表 1 所示 , 其 中面层 的参 数 坦 而 完 整 的 行 车表 面 , 能改善行车平稳性 , 增 加路 面 3 3 _ 。 板 的 整体 强 度 。 C R C P路 面 中 车辆 荷 载 应力 是 路 面 结 在 相关 分析 中需 做适 当调 整l
完全 弹性 。 2 . 1 面层厚 度
对于路面中的钢筋 , 采用杆单元模 型 , 与 面层 混
路 面结构 层 的变化 会对 其 受力性 能 产生一 定 的影
凝 土完 全黏 结 在一 起共 同工作 。 连续 配 筋混 凝 土路 面 响 , 可通 过变 换混凝 土面层 的厚 度 , 利用 有 限元程 序进 中纵 向配 筋率 通 常 为 0 . 6%~0 . 8%…, 现取 0 . 7%进 行 行 计算 , 进而 分析其 力学 性能 。分析 结果 如 图 1 所示 。
配 筋混 凝 土 路 面 ( C R C P ) 是沿 路 面 纵 向 配有 足 够 的钢
{ 基 于 以上 原理 . 建 立 连续 配 筋 水 泥路 面 的有 限元
A s -
!
( 1 )
面层 尺寸取 为 5 0 m x 7 m。 所 取荷载 为 3 0 c m X 筋、 以控制路 面板 纵 向收缩 开裂 的一 种路 面结 构形 式 , 计算模 型 . 2 0 c m 的矩形 均布荷 载 。 大 小为 0 . 7 MP a , 双 轮 中心间距 施 工 时 不设 胀 缝 、 缩缝 ( 特殊 情 况 除外 ) , 形 成 一 条 平