[发明专利]一种新老混凝土黏结约束收缩有限元模型的构建方法

摘要

本发明涉及一种新老混凝土黏结约束收缩有限元模型的构建方法，包括以下步骤：利用ABAQUS有限元软件中的线性缩减积分单元建立新老混凝土模型；所述新老混凝土模型中通过定义接触将新混凝土与老混凝土联系起来，不考虑新混凝土与老混凝土之间的黏结滑移，采用绑定约束来模拟黏结；确定混凝土的徐变系数；计算混凝土的弹性模量随龄期的变化；在模型中将新混凝土的黏结面定义为从面，老混凝土的黏结面定义为主面，将收缩值换算成当量温差，以温度场的形式作用在新混凝土上进行计算。本发明所构建的模型可以为加固工程中新老混凝土黏结收缩时所产生的应力及变形研究提供实用的分析模型。

主权项

一种新老混凝土黏结约束收缩有限元模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：利用ABAQUS有限元软件中的线性缩减积分单元建立新老混凝土模型；步骤S2：所述新老混凝土模型中通过定义接触将新混凝土与老混凝土联系起来，不考虑新混凝土与老混凝土之间的黏结滑移，采用绑定约束来模拟黏结；步骤S3：确定混凝土的徐变系数即式中：t为混凝土龄期，t₀为混凝土开始受荷的时刻，E(t)为混凝土t时刻的弹性模量，J(t,t₀)为混凝土的徐变函数；混凝土的徐变函数采用B3模型，即：J(t,t₀)＝q₁+C₀(t,t₀)+C_d(t,t₀,t₁)式中：q₁＝0.6×10⁶/E₂₈，C₀(t,t₀)为混凝土的基本徐变函数，C_d(t,t₀,t₁)为混凝土的干燥徐变函数，t₁为混凝土开始干燥收缩的时刻且t₁≤t₀；所述基本徐变函数C₀(t,t₀)的表达式为：$C_0(t,t_0)=q_{2}Q(t,t_0)+q_{3}ln\[1+{(t-t_0)}^{0.1}\]+q_{4}ln\left(\frac{t}{t_0}\right)$其中：q₂＝185.4c^0.5(f′_c)^‑0.9q₃＝0.29(W/c)⁴q₂q₄＝20.3(a/c)^‑0.7$Q(t,t_0)=Q_f\left(t_0\right){\[1+{\left(\frac{Q_f\left(t_0\right)}{Z(t,t_0)}\right)}^{r\left(t_0\right)}\]}^{-\frac{1}{r\left(t_0\right)}}$式中：$Q_f\left(t_0\right)={\[0.086{\left(t_0\right)}^{\frac{2}{9}}+1.21{\left(t_0\right)}^{\frac{4}{9}}\]}^{-1}$Z(t,t₀)＝(t₀)^‑0.5ln[1+(t‑t₀)^0.1]r(t₀)＝1.7(t₀)^0.12+8上面各式中：c为混凝土的水泥用量(kg/m3)，W/c为水灰比，a/c为骨灰比，f_c′为混凝土的圆柱体抗压强度；所述干燥徐变函数C_d(t,t₀,t₁)的表达式为：C_d(t,t₀,t₁)＝q₅[exp{‑8H(t)}‑exp{‑8H(t₀)}]^1/2其中：q₅＝7.57×10⁵f_c^‑1ε_sh,∞^‑0.6H(t)＝1‑(1‑h)s(t)式中：ε_sh,∞为混凝土的最终收缩值，h为环境的相对湿度且0≤h≤1，s(t)＝tanh[(t‑t₁)/τ_sh]τ_sh＝8.5t₀^‑0.08f′_c^‑1/4(2.5V/S)²   (1/cm²)式中：V/S为构件的体表面积比；步骤S4：计算混凝土的弹性模量E(t)随龄期的变化，即：E(t)＝E₀(1‑βe^αt)式中：E₀为混凝土弹性模量终值，t为混凝土龄期，α、β为常数，其中β为1，α为‑0.09；再将Δt_n时间间隔内的弹性模量取为一定值，取此时间间隔内中点时刻的弹性模量，即时刻的弹性模量，考虑混凝土徐变的影响，将该时间间隔内的弹性模量用混凝土的有效弹性模量来代替，即其中，为混凝土的徐变系数；步骤S5：约束收缩分析方法采用当量温差法，将收缩产生的变形换算成引起同样大小变形所需的温度差，首先根据试验实测值拟合出新混凝土的自由收缩ε_sh(t)的计算式，然后将收缩换成收缩当量温差T_sh(t)，即：$T_{sh}\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{sh}\left(t\right)}{\mathrm{\α}}$式中：α为新混凝土的线膨胀系数；然后将所述收缩当量温差T_sh(t)作为场荷载加载到新混凝土上，以实现新混凝土的收缩。