UHPFRC构件数值模拟分析理论
超高性能纤维增强混凝土管的三边承载实验研究
明显低于普通钢筋混凝土管 ，是一种薄壁管 。在达到破坏荷载时 ，钢筋增强 ＵＨＰＦＲＣ管 的拉 、压应变均高于无筋 ＵＨＰＦＲＣ管。钢筋
增强 ＵＨＰＦＲＣ管呈现多裂纹开裂特 征，裂 纹的宽度 随荷 载增加而增加。
关键词 ｉＵＨＰＦＲＣ管；承载力；非刚性；多裂纹
中图分类号 ：ＴＵ５２８．７３
文献标识码 ：Ａ
级荷载值时荷载保持 １ ｍｉｎ，加载速率为 １．０ ｋＮ／ｍｉｎ。（３）最后
加载至破坏，加载速率为 ０．６ ｍｍ／ｍｉｎ。
图 １ 管环尺寸和钢筋笼
２ 结果与讨论
成型流程为：（１）管环内模和外模的组装，表面刷油，再固
定钢筋笼 （配筋时）。（２）将水泥、粉煤灰、硅灰干拌 ６０ Ｓ；然后 ２．１ ＵＨＰＦＲＣ的力 学性 能
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐｉｐｅ，ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ，ｎｏｎ—ｒ ｉｇｉｄ，ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｃｒａｃｋｉｎｇ
Ｏ 引 言
管道结构中，关于钢纤维增强混凝土管道 （ＳＦＲＣＰ）的标准有 ＥＮ １９１６ｔ ］和 ＡＳＴＭ Ｃ１７６５￣等。ＭａｃＤｏｎａｌｄ和 Ｔｒａｎｇｓｒｕｄ￣ｌ开展
粉煤灰综合开发有限公司生产的 Ｉ级灰，密度 ２．６加ｍ ，比表面 １＿３ 测 试 方法
积 １７６０ｍ ｇ：硅灰 （ｓＦ）：成都东南星科技发展有限公司生产，
单轴拉伸实验方法参照日本土木工程学会标准１９１，试样尺
密度 ２．２ ｍ ，比表面积 ４６１０ ｍ２／ｋｇ；水泥、粉煤灰、硅灰的主要 寸及装置与文献［１０］相同，加载设备为 Ｉｎｓｔｒｏｎ５８８２材料试验
向为水泥基 复合材 料。Ｅ—ｍａｉｌ：１１ｂ０１４９＠１６３．ｃｏｍ。通讯作者：王应军， 性。超高性能纤维增强混凝土（Ｕｌｎａ Ｈｉｇｈ Ｐｅｒ ｆｏｒｍａｎｃｅ Ｆｉｂｅｒ
预应力混凝土受弯构件的细观数值模拟
预应力混凝土受弯构件的细观数值模拟随着经济和科技的快速发展，建筑工程在数量和质量上都有了显著的提升。
现代建筑工程不仅要求外观美观，而且要求结构强度、耐久性等各方面指标都达到高标准。
在建筑工程中，钢筋混凝土结构得到了广泛应用。
普通混凝土结构在负载作用下的变形和开裂较大，影响结构的承载能力以及使用寿命。
为了解决这个问题，预应力混凝土 (prestressed concrete) 结构的技术被引入，它能更好地抵御外界荷载的影响，提高结构的稳定性和耐用性。
预应力混凝土结构的核心实现技术是预应力技术，它将钢筋（或钢绞线）在混凝土未拌合前就施加预定张力，使混凝土的提前压应力由张紧构件承担，降低了混凝土结构内部的应力并提高了抗弯和抗拉的能力。
而预应力混凝土受弯构件则是预应力混凝土结构的重要构件之一，主要承担建筑物的水平荷载作用。
预应力混凝土受弯构件因承担的作用不同，分为内力臂不同时的梁和板两种类型。
为了保证预应力混凝土受弯构件的安全性、强度和稳定性，必须对其进行详细的力学分析和设计。
现代工程领域中，越来越多的工程通过数值模拟来实现设计、认证和性能检测。
而预应力混凝土受弯构件的分析和设计过程，也无法摆脱细观数值模拟的应用。
细观数值模拟是一种基于离散单元法的计算力学方法，它将连续体划分为一些离散的小单元，通过求解这些小单元之间的相互作用关系，来描绘整个系统的力学行为。
作为一种近代的科学计算和分析方法，细观数值模拟具有一定的优点：效率高、计算精度高、对复杂问题有较好的应对能力等。
同时，它也有一些不足，如计算误差较大、计算成本较高等。
但是，在工程设计和安全评估领域中，细观数值模拟必定会起到非常重要的作用。
对于预应力混凝土受弯构件的细观数值模拟，需要考虑到各种因素：材料特点、外界荷载、构件尺寸和形状、筋杆数量和布置方式等，这些因素会直接影响到模拟的结果。
其中，模拟中如何准确表达材料的力学特性是一个难点问题。
在数值模拟中，混凝土和钢筋都被看作是弹性-塑性材料。
建筑数值模拟与结构优化设计
建筑数值模拟与结构优化设计建筑是人类生活的重要组成部分，其设计和建造的质量直接关系到人们的生活品质和安全。
为了确保建筑的结构安全可靠，传统的建筑设计过程通常依赖于经验和试错。
然而，随着科技的发展，建筑数值模拟与结构优化设计成为了建筑设计领域的一项重要技术。
建筑数值模拟是通过借助计算机模拟和分析建筑结构的受力、变形和性能，从而评估和改善结构设计方案的一种方法。
通过数值模拟，可以更准确地预测建筑在不同情况下的受力和变形情况，以及材料的使用性能。
通过这种方式，设计师可以在设计过程的早期阶段发现并解决潜在的问题，从而减少设计的风险和成本。
数值模拟的核心是计算力学，它通过使用数学模型和计算方法来描述和求解物体受力和变形的行为。
为了实现数值模拟，建筑结构需要被建模为一个几何形状的有限元网格，然后通过解析和计算来求解结构的受力和变形情况。
在这个过程中，需要考虑材料的力学性能、边界条件和加载条件等因素。
通过调整这些参数，可以分析不同设计方案的性能差异，并找到最优的结构设计。
除了数值模拟，结构优化设计也是建筑设计过程中的重要环节。
结构优化设计旨在通过改变结构的形状、尺寸和材料等参数，以最小化结构的质量和成本，并同时满足设计的强度和刚度要求。
优化算法可以根据预先设定的目标函数和约束条件，自动搜索最佳设计方案。
通过结合数值模拟和结构优化设计，可以不断改进和优化建筑的结构方案，提高设计的效率和质量。
当前，建筑数值模拟和结构优化设计已经被广泛应用于建筑领域。
例如，在高层建筑的设计过程中，数值模拟可以帮助工程师预测和分析建筑的动力响应，从而优化结构的地震抗力。
在大跨度建筑和桥梁设计中，数值模拟可以帮助工程师优化结构的刚度和体积比，以减少材料的使用量和结构的重量。
在节能建筑设计中，数值模拟可以帮助工程师评估不同设计方案的能耗和热舒适性，从而选择最佳的建筑保温材料和系统。
这些应用都极大地提高了建筑设计的精确性和可靠性。
与传统设计方法相比，建筑数值模拟和结构优化设计具有许多优势。
UHPC加固RC柱的轴压性能试验及有限元模拟分析
UHPC加固RC柱的轴压性能试验及有限元模拟分析
王勃;郭明胜;周家宇;王子诚
【期刊名称】《吉林建筑大学学报》
【年(卷),期】2024(41)1
【摘要】超高性能混凝土(UHPC)因其优异的力学性能和耐久性能,广泛应用于钢筋混凝土结构的加固中。
对UHPC加固钢筋混凝土短柱轴心受压进行试验研究,利用ABAQUS有限元分析软件建立UHPC加固钢筋混凝土短柱轴心受压的有限元模型,峰值荷载模拟值与试验值吻合良好。
分析长细比对加固柱荷载及塑性变形性能的影响,每组5个试件长细比分别为2,4,6,8和10,共6组30个试件。
结果表明:相同长细比下UHPC加固钢筋混凝土柱能较大提升柱的承载力和延性;随着长细比L 0/d增大,加固柱的承载力降低,破坏时试件的极限位移明显增大;当长细比进一步增大,试件极限承载力降低趋势开始变缓,峰值荷载对应的位移增大,抵抗塑性变形能力变差,该研究为UHPC加固钢筋混凝土柱工程应用提供参考。
【总页数】8页(P1-8)
【作者】王勃;郭明胜;周家宇;王子诚
【作者单位】吉林建筑大学土木工程学院;长春市北兴建设发展有限责任公司【正文语种】中文
【中图分类】TU375.3
【相关文献】
1.二次受力下UHPC加固钢筋混凝土柱轴压性能试验研究
2.内置钢板预制壳加固RC柱轴压性能试验研究
3.不同UHPC加固措施的RC墩柱轴压性能试验研究
4.CFRP-钢管再生混凝土加固RC短柱轴压性能试验及有限元模拟
5.钢环加固圆钢管混凝土柱-RC梁角节点轴压性能有限元分析
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基于ANSYS的UHPC装配式承重墙数值模拟分析
江苏建筑2020年第2期(总第204期)1概述目前我国生产的装配式墙体材料耐久性差、材料强度低的技术缺陷,限制了装配式墙体的推广应用,因此寻求高强度、高韧性和高耐久性的水泥复合基材料、发展更具优势且综合性能更佳的装配式墙体就显得尤为重要[1]。
而超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete ,UHPC)具有优异的力学性能,是一种高韧性、高耐久性的超高性能水泥基复合材料[2],完全契合装配式承重墙体性能要求。
本文为验证UHPC 在装配式建筑中的应用,设计了普通混凝土及UHPC 两种装配式承重墙,分别对2种墙体进行受力状态模拟及温度场模拟,通过对于模拟计算结果的分析,从力学性能及热工性能两方面验证UHPC 在装配式建筑中的可行性与优越性。
1.12种装配式承重墙的结构形式普通混凝土装配式承重墙采用实心式墙体,图1(a )为普通混凝土实心式墙体结构横断面尺寸示意图。
UHPC 具有高强度、高性能,考虑减轻墙体自重及提高保温隔热性能,UHPC 装配式承重墙采用空心式墙体,即在实心墙体的横断面采用开孔的方式减轻墙体自重,本文采用的是圆心孔,图1(b )为空心式墙体结构横断面尺寸示意图。
[收稿日期]2019⁃12⁃11[作者简介]朱敏,女(1990-),扬州工业职业技术学院,硕士,助教,研究方向:桥梁结构与混凝土耐久性。
基于ANSYS 的UHPC 装配式承重墙数值模拟分析朱敏,朱烨,朱从香(扬州工业职业技术学院,江苏扬州225127)[摘要]目前装配式墙体材料存在耐久性差、强度低的问题,而UHPC 具有高强度和优异的耐久性能。
文章为验证UHPC在装配式建筑中的可行性,设计了普通混凝土及UHPC 两种装配式承重墙,采用APDL 建立有限元模型,分别对普通混凝土、UHPC 两种材料的承重墙进行受力状态、温度场模拟,并将结果对比分析。
结果表明:采用UHPC 材料制备装配式承重墙,可以在保证使用性能的前提下有效降低自重、节省材料、提高耐久性。
装配式剪力墙结构模态数值模拟分析
装配式剪力墙结构模态数值模拟分析【摘要】本文针对装配式剪力墙结构进行了模态数值模拟分析，通过选择合适的数值模拟方法，建立模型并设置参数，对结构进行模态分析和响应分析。
研究结果表明装配式剪力墙结构具有独特的优势，数值模拟分析具有较高的价值。
未来可以进一步深入研究装配式剪力墙结构的性能，为其在实际工程中的应用提供更多参考。
这一研究在推动装配式建筑技术发展和完善方面具有一定的借鉴意义。
【关键词】装配式剪力墙结构、模态数值模拟、分析、概念、特点、方法选择、模型建立、参数设置、结果讨论、响应分析、优势、价值、研究展望。
1. 引言1.1 研究背景目前，关于装配式剪力墙结构的研究主要集中在其施工工艺、抗震性能和结构稳定性等方面。
对该结构在不同荷载作用下的动力响应特性研究相对较少。
开展对装配式剪力墙结构的模态数值模拟分析，对于了解结构在地震加载下的动态响应特性具有重要意义。
通过模拟分析，可以研究结构在不同荷载作用下的振动模态及其频率，为结构设计和抗震设计提供参考。
1.2 研究意义通过模态数值模拟分析，可以更加深入地了解装配式剪力墙结构在不同工况下的振动特性，进而为结构设计和施工提供重要参考。
通过模拟分析可以评估装配式剪力墙结构在地震等外部荷载作用下的抗震性能，为结构的抗震设计提供科学依据。
模拟分析还有助于优化结构设计和提高结构的整体性能，为推广和应用装配式剪力墙结构提供技术支持。
对装配式剪力墙结构进行模态数值模拟分析具有重要的理论和实践意义。
1.3 研究目的本研究的目的是通过数值模拟分析装配式剪力墙结构的动力响应特性，深入探讨该结构在地震等外载作用下的性能表现。
具体而言，我们的研究目的包括：通过对装配式剪力墙结构的概念和特点进行深入分析，揭示其在抗震设计中的重要作用和优势；探讨不同的数值模拟方法在分析装配式剪力墙结构时的适用性与优缺点，为后续的模拟分析奠定基础；接着，建立装配式剪力墙结构的数值模型，并设置合理的参数，以保证模拟结果的准确性和可靠性；随后，进行模态分析，讨论结构在不同模态下的动力响应特性，揭示结构在地震等外载作用下的振动情况；对模拟分析结果进行综合分析，探讨装配式剪力墙结构的优势与劣势，并探讨数值模拟分析在该领域中的应用和价值，为今后的实际工程应用提供科学依据。
钢筋混凝土核心筒结构受力性能的数值模拟
过 程 是 结 构 抗 震 分 析 的重 要 课 题 。本 文 利 用 先 进 的 数 值 模 拟 技 术 ， 已 有 试 验 研 究 的基 础 上 ， 混 凝 土 核 心 筒 进 行 合 理 建 在 对 模 ， 系 统分 析 了轴 压 比 、 筋 率 、 载 角 、 宽 比和 连 梁 刚 度 等 对 混 凝 土 核 心 筒 承 载 力 和 变 形 性 能 的影 响 规 律 。 分 析 结 果 表 并 配 加 高 明， 数值 模 拟 结 果 和试 验 结 果 吻合 较 好 ； 压 比 、 筋率 对 核 心筒 的 弹 性 和 弹 塑 性 性 能 影 响 显 著 ； 载 角 和连 梁 刚 度 主 要 影 响 轴 配 加
［ 文章 编 号 ］ １ ０ —４ ２ ２ １ ） ２ ０ ０ —７ ０ ２ ８ １ （ ０ ０ ０ －０ １ ０
钢 筋 混凝 土核 心 筒 结 构 受 力性 能 的数 值 模 拟
史庆 轩 ， 委 旭 ， 门进 杰 ， 侯 炜 （ 西安建筑科技大学土木工程学院， 西安 ７ ０５ 陕西 １ ５） ０
第３ ２卷 第 ２期
２１ ０ ０年 ４月
工 程 抗 震 与 加 固 改 造
Ｖｏ．３ Ｎｏ ２ １ ２， ． Ａｐｒ ２ ０ ． ０１
Ｅａｔ ｕ ｋ ｓｓａ ｔＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｎ ｔｏｉｔ ｒｈｑ ａ ｅ Ｒｅ ｉｔｎ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ Ｒｅｒ ｆｔｉ ｎｇ
Ｓ ｉ ｉｇｘ ａ ，Ｗ ｉ “ Ｍｅ ｎ ｉ， ｏ ｅ（ ｏｅ ｖ ｎｉ ｅｎ ， ｉ ｎｅ ｉ Ａｃｉ ｔｅ ｎ ｅ ｎｌ ｙ ｈ Ｑｎ —ｕ ｎ ｅ ， ｎｆ ｅ Ｈ ｕ Ｗ ｉＣｌｇ ｏ Ｃ ｉＥｇｎ ｒｇ Ｘａ Ｕ ｉｒｔ ｏ ｒ ｔ ｕ ｄＴｃ ｏ ｇ ， ｉ ｊ ｌ ｅｆ ｉｌ ｅｉ ｎ ｖ ｓ ｆ ｈｅ ｒａ ｙ ｃ ｈ ｏ
钢结构建筑火灾的数值模拟与安全评估
钢结构建筑火灾的数值模拟与安全评估钢结构建筑已经成为现代化城市建设中不可或缺的一部分。
因为其强度高、抗震性好等特点受到设计师和业主的青睐。
然而，钢结构建筑存在重要隐患问题，即火灾风险。
这是因为火灾对钢结构建筑的影响和破坏非常快速和严重。
因此，研究钢结构建筑的火灾问题，进行数值模拟和安全评估成为必要的过程。
1. 钢结构建筑火灾的数值模拟数值模拟是指通过计算机软件模拟出钢结构建筑在火灾中的行为，以便了解火灾的发生过程、改善安全性和降低风险。
模拟方法包括热传导、热辐射、流体力学、热曲杆和变形分析等，这些方法可以构成一个大型的复杂的数值模拟系统。
（1）热传导分析：热传导分析是数值模拟系统的基本部分，其主要用于模拟在火灾中各部件的热传导过程。
该过程包括热传导介质的传热、传质、热辐射、热对流等方面，模拟中需要考虑材料的导热系数、热膨胀系数和热Joule效应等。
（2）热辐射分析：热辐射分析是指研究电磁波辐射的传播和传输规律。
在火灾中，建筑物的墙壁和顶棚会受到热辐射的影响，应该根据辐射效应进行模拟。
（3）流体力学分析：流体力学分析是数值模拟中重要的一部分，其分为速率方程和压力方程。
在火灾中，消防局常常使用水雾灭火，因此在分析时应该考虑到气液相对流和流动规律等方面。
（4）变形分析：变形分析主要用于评估钢结构建筑在火灾中的结构变形和负荷响应。
其方法包括有限元分析、弹性分析和弹塑性分析等，分析结构的强度和稳定性，并根据分析结果进行有效的调整。
2. 钢结构建筑火灾的安全评估安全评估是指通过对钢结构建筑的火灾情况进行评估和检查，以确保建筑物符合规范和标准要求。
主要包括结构安全、防火控制和防火门窗等方面。
（1）结构安全评估：结构安全在钢结构建筑的火灾中至关重要，其评估主要包括钢结构强度和稳定性等方面。
通过数值模拟研究和分析，可以确定结构在不同炉火中的承载能力和极限状态，以及建筑物的结构优化。
（2）防火控制评估：防火控制主要包括控制炉火发展，防止炉火扩散，以及保护逃生通道和楼梯等方面。
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UHPFRC构件数值模拟分析理论
摘要：为了使高性能钢纤维混凝土（UHPFRC）的材料特性在结构性能中充分
发挥，根据有限元计算基本原理，结合现有大型通用有限元结构非线性分析特点，选择合适的的软件进行UHPFRC结构非线性有限元分析，为UHPFRC结构计算分析
做准备。
关键词：UHPFRC；材料非线性；有限元；模型
1.材料的破坏准则
为了能够尽可能地概括不同受力状态下UHPFRC的强度破坏条件，由于UHPFRC具有与混凝土相似的特性，因此，以混凝土强度准则为参考，在数值模拟
计算中采用Von Mises强度准则来确定材料的极限状态[1-2]，表达式为
（1）
2.本构关系理论模型
材料在塑性阶段的本构关系用增量理论模拟，在实际加载中积分得到，能较
好的模拟结构的实际受力状况，计算时需要对材料的屈服准则、流动法则和硬化
法则作出基本假定[3]。
2.1屈服准则
在复杂应力状态下，屈服准则可用表示，在应力空间表示一个曲面，称为屈服面，当应力点在曲面之内材料处于弹性状态，应力点在屈服
面上时材料开始进入塑性状态。
2.2流动法则
当材料超过屈服应力后，呈现弹性和塑性两个阶段；弹性阶段变形确定简单，与应力有关，但塑性阶段的变形却较难取得，需根据Mises的塑性位势理论得到，应力空间中个点有相应塑性位势存在[4]，故
（2）
而塑性变形增量，其变形方向与塑性位势面正交，即
（3）其中，为一个非负的比例系数。
2.4弹塑性本构矩阵的表达式
设屈服条件表达式为
（4）
其中：——各阶段应力状态；K——硬化函数。
增量理论的弹塑性矩阵的硬化条件，由硬化参数A反映出来，通常由单轴实
验来确定。
对于做功硬化材料，参数A等于在产生塑性变形过程中所作的塑性功，于是
（5）
1.
（b）（c）
图1弹塑性模型
于是反映硬化条件的参数A可以从单向应力与塑性变形的曲线上取得，工程中常用的两种硬化条件为：理想弹塑性，如图1（b）所示，A=0；线性强化弹塑性，如图1（c）所示，
（6）其中，为初始弹性模量；为屈服后的模量。
于是，反映硬化条件的参数A可以从单向应力与塑性变形的曲线上获得[5]。
3.钢筋-UHPFRC有限元模型
在进行钢筋-UHPFRC结构有限元建模时，首先需要将结构离散化，这与一般
均匀连续的一种或几种材料组成的结构有类似之处，在钢筋-UHPFRC结构中钢筋
一般被包围于混凝土之间，而且相对体积较小，因此，在根据结构的实际情况进
行模拟时，参考钢筋混凝土结构有限元模型进行选择，主要有分离式、组合式和
整体式模型三种[6]。
3.1分离式模型
分离式模型把UHPFRC和钢筋作为不同的单元来处理，即各自被分为足够小
的单元。
在平面问题中，两种材料可划分为三角形或四边形单元，但考虑到钢筋
是一种细长材料，通常可以忽略其横向抗剪强度，可以将钢筋作为线形单元处理，单元数目可以大大减少，并且可以避免因钢筋单元划分太细而在钢筋和UHPFRC
的交界处应用很多过渡单元[7]。
3.2组合式模型
组合式模型包含钢筋与UHPFRC两种材料，在推导单元刚度矩阵时，采用了
统一的位移函数，但考虑不同材料特性，同时计算单元刚度矩阵，计算精度
较高，但对每一个单元刚度的计算比较麻烦，当单元中钢筋布置不规则时，没有
通用公式可用，需自行推导，应用较少[8]。
3.3整体式模型
整体式有限元模型中，将钢筋分布于整个单元中，并把单元视为连续均匀材料，求出综合了UHPFRC与钢筋的刚度矩阵，整体式模型的单元包括了两种材料
对单元矩阵的贡献，但不再分别计算与，而是将钢筋化为等效的UHPFRC，然后按照一种材料计算单元刚度矩阵，即，随后将集成为总体刚度矩阵[9]。
4.有限元软件的选取
ANSYS新版本中的线性和非线性结构力学和应力分析，已经无缝的集成到了ANSYS WORKBENCH仿真环境中，在一次设置中，能够选择一系列的力学行为包括：线性、高级非线性、完全刚体和完全柔体及其组合[10]。
ANSYS中破坏面由应力空
间定义，采用改进的William－Warnke五参数破坏曲面，采用弥散式固定裂缝模型；使用弹性或者弹塑性本构关系描述受拉应力应变关系，主要使用Mises屈服
准则或者Drucker prager屈服准则，塑性流动为关联流动，Mises准则对应等强
硬化或随动硬化模型，而Drucker prager准则只能使用理想弹塑性模型。
此外，Solid186提供了整体式钢筋模型，可以定义各个方向的配筋率[11]。
5.结论
本文主要运用有限元软件进行结构的非线性静力分析，需要在数值分析中考
虑更多的影响参数，以及UHPFRC与钢筋间的相互作用，有些断裂和破坏机理还
不完全清楚，故选择有效的收敛准则确保计算精度，减少离散性显得尤为重要。
结合现有大型通用有
限元结构非线性分析特点，建议选择ANSYS Workbench通用有限元软件进行UHPFRC结构非线性分析，为后续结构数值模拟分析以及形成适于UHPFRC构件的
有限元建模方法提供方法支撑。
参考文献
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临沂大学大学生创新创业训练计划项目资助（项目编号：
X202110452145）
1
临沂大学大学生创新创业训练计划项目资助（项目编号：X202110452145）。