[发明专利]一种钢混组合结构粘结滑移的有限元模拟方法

权利要求书

1.一种钢混组合结构粘结滑移的有限元模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、通过有限元分析软件创建型钢高强混凝土模型，并在装配过程中对型钢与混凝土进行分区操作；

步骤二、在型钢与混凝土接触面间添加弹簧单元，通过前处理，提交作业，生成包含有限元模型信息的inp文件；

步骤三、通过ABAQUS自带的Python语言接口，编写脚本，创建单元节点集合；

步骤四、在inp文件中添加弹簧刚度参数，完成对非线性弹簧的修改；

步骤五、重新在ABAQUS中创建作业，并输入修改后的inp文件，通过ABAQUS command提交作业分析，对钢混组合结构粘结滑移进行模拟。

2.根据权利要求1所述的一种钢混组合结构粘结滑移的有限元模拟方法，其特征在于：步骤一中创建模型时型钢选取S4R曲壳单元，纵筋以及箍筋选取T3D2桁架单元，混凝土选取C3D8R实体单元。

3.根据权利要求2所述的一种钢混组合结构粘结滑移的有限元模拟方法，其特征在于，步骤一中分区操作的具体过程为：首先创建水平与竖直方向基准轴，作为主轴；再通过原始基准轴平移得到水平、竖直两个方向初始基准面；对两个初始基准面进行偏移，即可得到沿构件全高的水平和垂直基准面，随后利用沿构件全高的水平和垂直基准面进行分区。

4.根据权利要求3所述的一种钢混组合结构粘结滑移的有限元模拟方法，其特征在于：初始基准面的偏移量取值为40mm。

5.根据权利要求4所述的一种钢混组合结构粘结滑移的有限元模拟方法，其特征在于，步骤二中弹簧单元采用spring2类型弹簧，前处理参数设置如下：

(1)模拟钢混组合结构粘结滑移时设置多个分析步，包括初始分析步以及后续分析步，程序类型选取静力通用，采用增量迭代法进行计算；

(2)模拟采用单调静力轴心加载制度，创建多个荷载步，沿型钢滑移方向选取位移加载，各个分析步之间相互依次叠加；

(3)约束混凝土底部X、Y、Z三个方向的位移，构件加载端沿Z轴方向施加50mm的位移量；

(4)在mesh模块中设置单元类型、形状及密度，取近似全局尺寸0.02，最大偏离因子0.1来为实例布置种子，然后再对部件进行网格划分。

6.根据权利要求5所述的一种钢混组合结构粘结滑移的有限元模拟方法，其特征在于：步骤二中模拟钢混组合结构粘结滑移时共设置10个分析步，采用增量迭代法进行计算的最大增量步数为1000，增量步中初始设为0.1，最小设为10^-5。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种钢混组合结构粘结滑移的有限元模拟方法，其特征在于：步骤三的过程为：抽取模型中混凝土与型钢节点坐标数据，寻找重合单元节点编号，逐行读取，依次循环，按X、Y、Z三个方向进行排序，最终得到单元节点集合。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的一种钢混组合结构粘结滑移的有限元模拟方法，其特征在于：步骤二中对弹簧的方向进行定义，X轴方向为1,1；Y轴方向为2,2；Z轴方向为3,3；步骤四中定义弹簧3,3方向的刚度参数，该刚度参数由试验实测曲线测得。

9.根据权利要求8所述的一种钢混组合结构粘结滑移的有限元模拟方法，其特征在于：修改后的inp文件包含的基本参数有：构件类型参数、几何参数、有限元参数、荷载参数、单元集合和弹簧刚度参数。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的一种钢混组合结构粘结滑移的有限元模拟方法，其特征在于：进行有限元模拟时，粘结滑移本构关系中的胶结粘结强度τ₀、极限强度τ_u及残余粘结强度τ_r分别按下式计算：

τ₀＝0.0673f_t+0.153ρ_sv+0.109C_a/h_a-0.004l_a/h_a+0.0012

τ_u＝0.0348f_t+0.1733ρ_sv+0.0306C_a/h_a-0.0662l_a/h_a+1.164

τ_r＝0.0197f_t+0.0733ρ_sv+0.01345C_a/h_a-0.0142l_a/h_a+0.605

式中，f_t为混凝土抗拉强度值，ρ_sv为配箍率，C_a/h_a为型钢保护层厚度与型钢翼缘宽度的比值，l_a/h_a为型钢埋深与翼缘宽度的比值；

当考虑型钢与混凝土之间沿锚固长度分布的粘结应力时：

τ(x)＝0.3837kε_maxe^kx

式中，τ(x)为沿型钢与混凝土之间沿锚固长度分布的粘结应力，x为计算粘结应力处与加载端处的垂直距离，k为粘结应变分布指数特征值，可按式k₁＝(-0.4307l_a/h_a+5.5634)×10^-3计算，ε_max为距加载端为零的型钢等效最大应变值。