[发明专利]一种预应力装配式混凝土结构节点半精细数值模拟方法

说明书

一种预应力装配式混凝土结构节点半精细数值模拟方法，建立模拟预应力装配式混凝土结构梁柱或柱脚节点半精细仿真模型，其步骤如下：步骤一、构建梁柱单元网格；步骤二、预制混凝土构件通过平面应力单元模拟，预制混凝土构件间的接触面通过接触单元模拟；步骤三、预制混凝土构件中普通钢筋及预应力筋的力学变化均通过桁架单元模拟；步骤四、对于模型中在受力作用下的钢筋耗能件以及其他耗能件，用桁架单元或者特殊耗能器单元模拟；步骤五、在模型中钢筋和混凝土之间的摩擦作用，通过设定非线性弹簧方法进行模拟；本发明通过不同构件采用不同的单元法模拟，并对模拟钢筋进行简化处理，既满足了节点分析受力的要求，又保证了模拟过程精准和简化。

技术领域

本发明属于预应力装配式混凝土模型模拟方法领域，特别涉及一种预应力装配式混凝土结构节点半精细数值模拟方法。

背景技术

由于装配式建筑具有施工速度快、经济效益好以及对环境污染小等优势，已成为现代化建筑产业广泛应用的结构形式；在装配式建筑中预应力混凝土结构的应用，则有自重轻、刚度大和变形可恢复等优点，是符合装配式施工的重要结构形式。目前常规的装配式混凝土结构设计主要采取等同现浇的设计理念，而预应力混凝土结构，由于采用干式连接或混合连接，存在典型的构件接缝和连接界面，其宏观结构性能和微观受力机理、破坏机理与传统的现浇结构存在很大的差异，不适合机械地套用传统现浇结构的设计方法；而在预应力混凝土结构体系设计和分析中，精确高效的对节点进行数值模拟，是进行精细化结构分析和设计的关键所在，一般使用的有限元软件对节点进行数值模拟，在对模型的简化过程中，存在建模工作量大、模拟不精确、非线性分析难以收敛以及计算量大等诸多问题。因此，需要提供一种预应力装配式混凝土结构节点的半精细模拟方法。

发明内容

本发明提出一种预应力装配式混凝土结构节点半精细数值模拟方法用以解决上述问题，具体技术方案如下：

一种预应力装配式混凝土结构节点半精细数值模拟方法，建立模拟预应力装配式混凝土结构梁柱或柱脚节点半精细仿真模型，其步骤如下：

步骤一、基于实际预应力装配式混凝土结构梁柱或柱脚节点尺寸和位置关系，在仿真模型中构建梁柱轮廓并进行单元分割，形成单元网格；

步骤二、在对应的单元网格内设定混凝土参数，其中预制混凝土构件的力学作用通过平面应力单元模拟，预制混凝土构件间的接触面通过接触单元模拟；

步骤三、基于实际构件中的配筋和钢筋参数，对模型中相应位置处进行钢筋的添加和参数设定，其中预制混凝土构件中普通钢筋及预应力筋的力学变化均通过桁架单元模拟；

步骤四、对于模型中在受力作用下的钢筋耗能件以及其他耗能件，用桁架单元进行模拟；

步骤五、在模型中钢筋和混凝土之间的摩擦作用，通过设定非线性弹簧方法进行模拟。

所述接触单元模拟时设置两个接触面的接触属性，规定接触压力均在两个接触面间传递，当两个接触面脱离时，接触面压力均设置为零。

所述接触面的切向力学行为，通过设置接触单元摩擦系数的方式模拟，此时摩擦系数取值范围为0.5-1.5；当接触单元无摩擦时，采用弹性或非线性弹簧模拟接触面切向力学行为。

所述桁架单元为只计算轴向的应力不计算弯矩，所有结点均为绞结点且不能传递弯矩，在模拟预应力筋的力学行为时，对于锚固端采用刚性梁或者刚性约束将预应力筋单元与混凝土构件单元连接；对于其他部位，若为有粘结预应力筋，则通过设置非线性弹簧来模拟预应力筋单元和混凝土单元之间的粘结滑移。

所述桁架单元中间设置的多个垂直于桁架单元的弹簧单元，且弹簧单元与混凝土单元连接，由此模拟孔道对预应力筋的约束作用。

所述桁架单元模拟普通钢筋的力学行为时，在有粘结段采用非线性弹簧模拟钢筋单元和混凝土单元之间的摩擦滑移，同时采用弹簧单元限制钢筋单元和混凝土单元垂直钢筋方向的相对位移。