基于自洽有限元法的数值混凝土有效弹性性能研究
基于ABAQUS有限元分析的钢筋混凝土柱扭转性能研究
随着我国高楼大厦、大跨度建筑物的不断发展，钢筋混凝土（SRC ）柱结构因其优异的整体抗震性能而被广泛采用。
与此同时，由于建筑物形式及功能需求的不断变化，使得建筑物中存在着大量的复杂、不规则的构造。
尤其是非规则构件，在地震作用下，往往会受到压、弯、剪、扭等多因素的共同作用[1,2]。
在钢筋混凝土产生扭应力的情况下，RC 柱子的承载力比常规的压、弯、剪荷载下RC 柱子要低[3]。
杨志勇[4]曾对23个配有不同配筋的矩形、T 型钢筋混凝土构件进行了抗扭试验。
研究发现，随着钢骨比的增大，RC 柱的延性及抗扭承载力都得到了明显的改善。
关于斜交角钢混凝土柱的裂缝力矩及极限力矩，吴绍炜[5]给出了相应的计算公式。
此外，已有学者对RC 柱的受力性能进行了研究，并对RC 柱的抗震性能进行了分析[6]，在此基础上，建立了弯扭耦合作用下的简化计算公式。
孙美娟[7]利用ABAQUS 软件，对钢矩形箱梁受弯、扭转共同作用下的极限承载力进行了研究。
虽然已有许多学者对其进行了大量的研究，但是对于其在扭转作用下的受力特性却鲜有研究。
同时，考虑到与实验研究相关的高成本和长时间，数值模拟是一种可取的方法[8,9]。
因此，本文通过数值模拟全面研究轴压比、扭弯比、混凝土强度、纵向配筋率对钢筋混凝土柱的组合扭转行为的影响。
1数值模拟模型的构建利用ABAQUS 程序，进一步计算RC 构件的扭转性能，在已有的关于RC 构件的试验基础上，建立了ABAQUS 有限元计算模型，并提出了基于C3D8R 的柱子、钢梁等构件的计算方法。
本文提出了一种基于等向弹性破坏、等向拉、压力、等向弹性破坏的本构方程。
假定在受压损伤后，钢筋混凝土再发生软化，因此设定钢筋混凝土柱用网宽40mm ，钢筋混凝土梁用网宽30mm 。
在节点中心处，网格得到进一步加密。
试验结果表明，该模型的试验结果与试验结果基本一致；仿真结果表明，各部位的尺度均与试验结果相符。
同时，也将钢筋及混凝土三者间的滑移量进行了计算。
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）。
混凝土结构中弹性模量的计算方法研究
混凝土结构中弹性模量的计算方法研究混凝土是一种常用的建筑材料，广泛应用于各种建筑和基础设施工程中。
在设计和施工过程中，准确计算混凝土结构的弹性模量是非常重要的，它可以帮助工程师评估结构的刚度和稳定性，并确保结构的安全可靠性。
本文将对混凝土结构中弹性模量的计算方法进行研究，并分享对这个主题的观点和理解。
1. 弹性模量的定义和意义弹性模量是指材料在受力后产生的应力与应变之间的关系。
在混凝土结构中，弹性模量可以反映结构在受到外部荷载作用时的变形能力。
较高的弹性模量代表结构具有较强的刚度和稳定性，能够有效抵抗外部荷载的作用。
2. 弹性模量的计算方法混凝土结构的弹性模量可以通过实验测试和理论计算两种方法来获得。
实验测试是通过对混凝土试样进行加载和变形测量来确定材料的弹性模量。
这种方法准确可靠，但需要进行复杂的试验过程。
另一种计算方法是基于混凝土的材料性质和组成进行推算。
一般来说，混凝土的弹性模量可以通过材料的弹性模量和体积含量加权平均得到。
具体而言，可以采用如下公式进行计算：E = Σ(Vi x Ei)其中，E表示混凝土的弹性模量，Vi表示混凝土中第i种组分的体积含量，Ei表示第i种组分的弹性模量。
混凝土通常由水泥、骨料和骨料中的空隙组成。
水泥的弹性模量较高，而骨料的弹性模量较低。
对于常规混凝土，可以简化为以下计算公式：E = (Vc x Ec) + (Vg x Eg) + (Ve x Ee)其中，Vc表示水泥的体积含量，Ec表示水泥的弹性模量；Vg表示骨料的体积含量，Eg表示骨料的弹性模量；Ve表示空隙的体积含量，Ee表示空隙的弹性模量。
3. 对弹性模量计算方法的观点和理解在混凝土结构设计和施工中，准确计算混凝土的弹性模量是至关重要的。
通过实验测试获得的弹性模量可以提供准确的结果，但需要进行复杂的试验操作。
而基于混凝土的材料性质和组成进行计算的方法在一定程度上可以简化计算过程。
然而，需要注意的是，弹性模量的计算方法是基于一系列的假设和简化，实际应用中可能存在一定的误差。
混凝土的弹性模量测试方法
混凝土的弹性模量测试方法一、静载试验法静载试验法是测定混凝土弹性模量最常用的方法之一。
其中，又分为抗压弹性模量测试和拉伸弹性模量测试。
1、抗压弹性模量测试试件制备：按照相关标准制作棱柱体试件，通常尺寸为150mm×150mm×300mm。
试验装置：使用压力试验机，配备高精度的位移测量装置。
加载过程：先对试件进行预压，消除初始缝隙。
然后以一定的加载速度分级加载，直至达到规定的荷载值。
在加载过程中，同时测量试件的变形量。
数据处理：根据所测的荷载和变形数据，绘制应力应变曲线。
弹性模量取应力应变曲线直线段的斜率。
2、拉伸弹性模量测试试件制备：制作哑铃状或狗骨头状的试件。
试验装置：使用专门的拉伸试验机。
加载方式：与抗压弹性模量测试类似，分级加载并测量变形。
数据处理：同样通过应力应变曲线直线段的斜率确定拉伸弹性模量。
静载试验法的优点是测试结果较为准确可靠，但试验过程较为复杂，对试验设备和操作要求较高。
二、动力测试法动力测试法基于混凝土在振动作用下的响应来确定弹性模量。
1、共振法原理：通过激振装置使试件产生振动，当激振频率与试件的固有频率相等时，发生共振。
根据共振频率、试件的尺寸和质量，计算出弹性模量。
试验装置：包括激振器、传感器、信号采集与分析系统等。
操作过程：将试件安装在支架上，施加激振力，测量共振频率。
数据处理：利用相关公式计算弹性模量。
2、超声波法原理：利用超声波在混凝土中的传播速度与弹性模量之间的关系来测定。
试验设备：超声波检测仪，包括发射探头和接收探头。
测试步骤：在试件的相对两个面上分别放置发射探头和接收探头，测量超声波的传播时间。
数据处理：根据传播时间和试件尺寸，结合经验公式计算弹性模量。
动力测试法具有快速、无损等优点，但测试结果的准确性可能受到混凝土内部缺陷和不均匀性的影响。
三、间接测试法间接测试法不是直接测量混凝土的弹性模量，而是通过其他相关参数来推算。
1、回弹法原理：使用回弹仪弹击混凝土表面，根据回弹值来估算混凝土的强度和弹性模量。
采用有限元法对C35混凝土材料进行仿真分析
采用有限元法对C35混凝土材料进行仿真分析摘要：本文重点讲述一种可视化的分析方法-有限单元法，并以施工中经常使用到的C35混凝土为例，模拟其在静载和动载条件下，对砼试块的变形、位移、应力等进行对比分析，借助ANSYS分析软件更加直观地观察其在力作用下的变形、位移和应力等情况。
由于有限元软件模拟可以轻松得到载荷作用下的连续性变化，而且可以从理论上去推断出实验的结果，因此，具有较高技术意义和参考价值。
关键词：有限单元法；C35混凝土；变形；位移；应力1概述通常情况下，传统的混凝土抗压强度试验是在试验室内利用万能压力试验机进行静载压力施压，然后得到在静载压力条件下混凝土所发生压力破坏的临界值，以此作为混凝土的强度值，这种方法稳定而可靠，但是却不能体现混凝土在动载条件下的变形和受力。
然而有限元法不仅能模拟混凝土在静载条件下的受力和变形，而且对于动载条件下的受力和变形同样适用，通过形象而直观的视图来展现变形和受力的部位和大小，而且可以通过动画仿真，体现出它的时域特性，即体现出在外界条件下随时间变化而变化的物理特性。
有限单元法主要利用数学近似的方法去模拟真实的物理系统（几何和载荷工况），利用简单而又相互作用的元素，即单元，来实现用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。
本文主要借助有限元法，利用ANSYS分析软件模拟混凝土试块在静载和动载条件下变形、位移、应力等情况并加以分析。
下面就关于有限元法在C35混凝土材料方面作一个简例分析。
2 建模和分析问题描述：施工中使用的C35混凝土在使用前必须进行各项试验，下面主要是在实验的基础上，针对砼试块进行力作用下的模拟分析，C35混凝土弹性模量和泊松比分别为E=3.15e10Pa，μ=0.2，张开裂缝的剪切传递系数取0.35、闭合裂缝的剪切传递系数取1.0、抗拉强度2.20e6，抗压强度23.4e6，砼试块立方体尺寸为150mm×150mm×150mm，静载为9e5N，动载为5s内0N-9e5N连续性变化。
考虑界面影响的混凝土弹性模量的数值预测_应宗权
第25卷第8期 V ol.25 No.8 工 程 力 学 2008年 8 月 Aug. 2008 ENGINEERING MECHANICS92———————————————收稿日期：2006-12-26；修改日期：2007-08-08基金项目：国家自然科学基金重点项目子题(50539030-1-1)；国家重点基础研究(973)项目(2007CB714104)；江苏省研究生培养创新工程项目(B06012)作者简介：应宗权(1981―)，男，江西南昌人，博士生，主要从事混凝土细观力学研究(E-mail: yingzq@)； 文章编号：1000-4750(2008)08-0092-05考虑界面影响的混凝土弹性模量的数值预测应宗权，*杜成斌(河海大学工程力学系，南京 210098)摘 要：提出了一种考虑界面过渡层影响的混凝土弹性模量的数值预测方法。
将球形骨料与包裹它的界面过渡层作为二相复合球结构的等效颗粒，由广义自洽方法计算不同粒径骨料与界面过渡层组成复合球的有效模量。
然后由等效颗粒生成的随机骨料模型建立体积表征单元，施加均匀位移边界条件，通过数值方法计算该体积表征单元中的应力和应变场，由细观力学数值均匀化方法预测体积表征单元的有效弹性模量。
计算结果表明：对于不同骨料含量的混凝土，有效弹性模量的预测值与试验值非常接近，界面过渡层的厚度对混凝土的整体弹性性质有较大影响。
关键词：细观力学；有效弹性模量；界面过渡层；等效颗粒；随机骨料模型 中图分类号：TV431 文献标识码：AA NUMERICAL METHOD FOR EFFECTIVE ELASTIC MODULUS OFCONCRETE WITH INTERFACIAL TRANSITION ZONEYING Zong-quan , *DU Cheng-bin(Department of Engineering Mechanics, Hohai University, Nanjing 210098, China)Abstract: A numerical method for the prediction of effective elastic modulus of concrete with interfacial transition zone (ITZ) is proposed. The Generalized Self Consistent Method (GSCM) was adopted to calculate the effective properties of the equivalent two-phase sphere model, which is composed of aggregate and ITZ around it. The Representative V olume Element (RVE) was generated by random aggregate model with equivalent particles to predict the elastic modulus of concrete. By applying the homogeneous displacement boundary condition on the RVE, the stress and strain fields can be calculated using the numerical method. The effective elastic moduli were predicted by the micromechanical numerical homogenization method. The results show that the predicted effective elastic moduli of concrete with different volume fraction of aggregate agree well with those from the tests. The thickness of interfacial transition zone has a great influence on the effective modulus of concrete. Key words: micromechanics; effective elastic modulus; interfacial transition zone; equivalent particle; randomaggregate model混凝土中最基本的组分包括骨料和水泥浆基体，但试验表明包裹骨料周围存在一个过渡层，该组分的空隙率明显高于水泥浆基体，而弹性模量则远低于水泥浆基体的弹性模量。
C100混凝土弹性模量影响因素的研究分析
C100混凝土弹性模量影响因素的研究分析摘要：本文通过对影响高强混凝土弹性模量的各因素进行对比试验，分析高性能混凝土粗骨料、砂率、水胶比、坍落度等因素对C100高性能混凝土弹性模量的影响。
关键词：弹性模量粗骨料砂率水胶比坍落度在混凝土工程实际应用中，除了以强度、坍落度作为主要控制指标外，还经常规定混凝土的弹性模量，混凝土结构设计规范GB50010-2002第4.1.5条规定C30混凝土受压和受拉时的弹性模量为：3.00X104 MPa。
在计算钢筋混凝土的变形，裂缝扩展及大体积混凝土的温度应力时，都需要知道混凝土的弹性模量。
如目前我国高铁高性能混凝土的28d弹性模量要求达到3.55×104MPa，既35.5GPa。
同时在实际工程中，也出现过混凝土强度满足要求但弹性模量偏低，使混凝土构件变形较大而不能正常使用的问题，甚至会导致混凝土结构失稳而发生工程质量事故。
因此，研究哪些因素会影响混凝土弹性模量是非常必要的。
本次试验主要研究混凝土粗骨料、砂率、水胶比、坍落度等因素对C100高性能混凝土弹性模量的影响。
1 试验采用的原材料1.1 水泥采用大连小野田P.O42.5级水泥，水泥性能见表1-1表1-1 水泥性能品种及生产厂家大连小野田强度等级 P.O42.5抗压强度实测值（MPa） 3d 28.328d 59.6抗折强度实测值（MPa） 3d 6.028d 10.1凝结时间（min）初凝 150终凝 2251.2细集料采用沈阳浑河产河砂，性能见表1-2表1-2细集料性能项目细度模颗粒级表观密堆积密数配度度含泥量泥块含孔隙率（%）量（%）（%）。
基于有限元单元法的混凝土结构配筋方法研究
基于有限元单元法的混凝土结构配筋方法研究韩玉莲;赵继勋;高阳;王磊;张晓磊【摘要】混凝土结构配筋可以根据应力图形法和内力法两种方法进行配筋.以普通悬臂梁为例,通过有限元方法计算荷载产生的应力,在主拉应力图形配筋法的基础上,通过坐标变换等方式,得到正截面应力图形配筋法.对3种配筋方法进行比较,可以得出用应力图形法所得的配筋量比用内力法所得的结果大,用应力图形配筋法配筋能满承载能力极限状态的要求,且偏于安全,并提出了一些合理化建议.【期刊名称】《水科学与工程技术》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】3页(P87-89)【关键词】钢筋混凝土;应力图形;有限单元;内力【作者】韩玉莲;赵继勋;高阳;王磊;张晓磊【作者单位】河北省水利水电科学研究院,石家庄050051;河北省水利水电科学研究院,石家庄050051;河北省水利水电科学研究院,石家庄050051;河北省水利水电科学研究院,石家庄050051;河北省水利水电科学研究院,石家庄050051【正文语种】中文【中图分类】TV431混凝土是一种抗压能力较强而抗拉能力较弱的一种建筑材料，这使素混凝土结构的应用受到了较大限制。
由于钢筋和混凝土的温度线膨胀系数比较接近，可以在混凝土中配置一定量的钢筋用以辅助混凝土承受拉应力，使两种结构的力学性能都能得到充分利用。
混凝土所配置的钢筋量可以采用规范的方法进行计算，规范［1］给出了两种配筋方法，一种为按照主拉应力进行配筋，再一个就是按照内力配筋。
廖俊刚对各种梁按主拉应力和内力配筋进行比较，认为按照主拉应力进行配筋的方法不合理，并建议取消规范关于按主拉应力图形法进行配筋的规定予以取消［2］。
本文将以普通悬臂梁为例，用应力图形法和按内力弯矩配筋法两种配筋方法进行比较，以确定两种方法的不同。
（1）按照内力弯矩法进行配筋，有以下几个假定［3］：①平截面假定。
截面上任意点的应变与该点到中和轴的距离成正比，平截面假定提供了变形协调的集合关系。
混凝土材料弹性模量测定原理
混凝土材料弹性模量测定原理一、前言混凝土是一种常见的建筑材料，其弹性模量是衡量其力学性能的重要参数。
弹性模量是指材料在受到外力作用时，产生的应变与应力之比，是材料抵抗变形的能力的量度。
混凝土的弹性模量对其力学性能、变形特性、刚度等都有很大的影响。
因此，了解混凝土弹性模量的测定原理，对于了解混凝土的性能有着重要的意义。
二、混凝土弹性模量的定义混凝土的弹性模量是指在小应变范围内，混凝土在受力时所表现出来的刚度，其定义为单位面积内所受正应力与相应的应变之比，即E=σ/ε，其中E为混凝土的弹性模量，σ为混凝土所受正应力，ε为混凝土相应的应变。
三、混凝土弹性模量的测定方法混凝土弹性模量的测定可以采用静载试验法、动态弹性模量法、声速法、拉压应变法等多种方法。
下面重点介绍一下静载试验法和动态弹性模量法。
1、静载试验法静载试验法是一种比较常见的测定混凝土弹性模量的方法。
其原理是通过在混凝土试件上施加一定的荷载，测量混凝土的应变和应力，然后根据应变和应力的关系计算出混凝土的弹性模量。
具体的步骤如下：（1）制备试件首先需要制备混凝土试件，通常采用标准的混凝土试块进行试验，试块的尺寸为150mm×150mm×150mm。
试块制备完毕后需要养护28天。
（2）试验装置试验装置主要由荷载传感器、应变传感器、调节器、数据采集器等组成。
（3）试验过程将试件放在试验机上，施加一定的荷载，然后测量其应变和应力。
通常在试验过程中需要记录下来荷载-应变曲线和应力-应变曲线。
（4）计算弹性模量根据应力-应变曲线，可以计算出混凝土的弹性模量。
具体的计算公式为E=σ/ε，其中σ为最大荷载下的应力，ε为应力对应的应变。
2、动态弹性模量法动态弹性模量法是一种通过测量混凝土的动态应力和应变来计算其弹性模量的方法。
其原理是通过在混凝土试件上施加一定的频率和振幅的正弦波荷载，测量混凝土的响应信号，然后根据响应信号计算出混凝土的弹性模量。
混凝土有限元分析
混凝土有限元分析廖奕全（06级防灾减灾工程及防护工程，06114249）摘要：用传统的理论解析方法分析钢筋混凝土结构，只能解决一些非常简单的构件或结构的非线性问题，对大量的钢筋混凝土结构的非线性分析问题只能用数值方法解决，因此，有限元方法作为一个强有力的数值分析工具，在钢筋混凝土结构的非线性分析中得到了广泛地应用。
随着有限元理论和计算机技术的进步，钢筋混凝土非线性有限元分析方法也得以迅速的发展并发挥出巨大的作用。
关键词：钢筋混凝土有限元分析有限元模型钢筋混凝土结构是土木工程中应用最广泛的一种建筑结构。
相比其它材料结构，钢筋混凝土结构有以下特点：①造价低，往往是建筑结构的首选材料；②易于浇注成各种形状，满足建筑功能及各种工艺的要求；⑧充分发挥钢筋和混凝土的作用，结构受力合理：④材料的重度与强度之比不大；⑤材料性能复杂，一般的计算模型难与实际结构的受力情况相符。
正因为钢筋混凝土材料的这些优缺点，长期以来，钢筋混凝土在工程中的应用如此广泛；为了满足工程需要所建立的反映混凝土材料性能的计算模型也不断完善。
然而，混凝土是一种由水泥、水、砂、石及各种掺合料、外加剂混合而成的成分复杂、性能多样的材料。
到目前为止，还没有一种公认的、能全面反映混凝土的力学行为和性质的计算模型或本构关系。
因此，对钢筋混凝土的力学性能研究还需要学术界和工程人员继续努力。
长期以来，人们用线弹性理论来分析钢筋混凝土结构的受力和变形，以极限状态的设计方法来确定构件的承载能力。
这种设计方法在一定程度上能满足工程的要求。
随着国民经济的发展，越来越多大型、复杂的钢筋混凝土结构需要修建，而且对设计周期和工程质量也提出了更高的要求。
这样一来，常规的线弹性理论分析方法用于钢筋混凝土结构和构件的设计就力不从心。
设计人员常有“算不清楚”以及“到底会不会倒”的困惑。
为此，钢筋混凝土非线性有限元分析方法开始受到重视。
同时，随着有限元理论和计算机技术的进步，钢筋混凝土非线性有限元分析方法也得以迅速的发展并发挥出巨大的作用。