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ADINA 在钢筋混凝土非线性有限元分析中的应用
凌海蓉 1,林金强 2
1 河海大学土木工程学院,南京(210098)
2 江苏雷威建设工程有限公司,南京(210015)
E-mail:******@hhu.
摘要:讨论了大型通用有限元软件 ADINA 在钢筋混凝土结构非线性有限元分析中的应用,
详细介绍了 ADINA 中的混凝土本构模型及破坏准则,确定了参数的选取方法。对一个四桩
钢筋混凝土厚承台进行非线性有限元分析,将文中计算结果与文献[1]中试验结果对比发现,本
文计算出的承台的底部中心荷载-挠度曲线、裂缝的分布方式、纵筋的荷载-轴力曲线与试验
结果基本一致,表明用 ADINA 进行钢筋混凝土非线性有限元分析能满足工程需要。
关键词:本构模型,非线性有限元,钢筋混凝土,厚承台

1. 前言
钢筋混凝土结构是目前公路桥涵建筑中最主要的结构型式。由于钢筋混凝土是由混凝土
和钢筋两种性质截然不同的材料组合而成,它的性能就明显地依赖于这两种材料的性能,特
别是在非线形阶段,混凝土和钢筋本身的各种非线性特征都不同程度地反映在这种组合材料
中。自从美国学者 和 [2]于 1967 年首先将有限元法用于钢筋混凝土结构计
算以来,混凝土的本构关系、钢筋与混凝土的粘结滑移关系以及裂缝的发生与扩展等方面的
研究均取得了很大的进展。有限元方法作为一个强有力的数值分析工具可以对结构自开始受
荷载直到破坏的全过程进行分析,获得不同阶段的受力状态,在钢筋混凝土结构的非线性分析
中起到了越来越大的作用[3]。ADINA 软件是基于有限元技术的大型通用分析仿真平台,其非
线性问题求解功能强大,能够用于模拟钢筋混凝土结构的受力分析、应力、变形和位移,它能
够帮助改进甚至取代一部分试验,降低试验研究的高成本。本文详细介绍了 ADINA 中的混凝
土本构模型及破坏准则,并对一个四桩钢筋混凝土厚承台进行了非线性有限元分析,探讨了其
对钢筋混凝土结构进行非线性分析的可行性。
2. 材料模型
ADINA 中提供了专门用于混凝土结构分析的混凝土材料模型[4](concrete model),它是基
于增量式正交本构理论的混凝土材料模型,理论基础是非线性弹性理论和断裂力学理论。这
种本构模型可以模拟混凝土材料最基本的材料属性,例如当主应力达到最大允许值时,材料拉
坏;在较高压力作用下压溃,材料压溃后具有应变软化的特性,直到极限应变,材料完全破坏
等。是真正面向工程的简单实用的一种混凝土材料模型。
混凝土单轴应力应变关系
典型的单轴应力应变关系曲线为 Saenz 曲线,如图 1 所示, 这个应力应变关系显示了三个
t ~ t ~ ~ ~ t ~ ~ ~ ~ ~
应变阶段:也就是 e ,0 〉 e ≥ ec 和 ec 〉 e ≥ eu ,其中 ec 对应于最大压应力σ c 时的应变, eu
~
对应于最终应力σ u 时的应变。
t ~ ~
如果 e 〉 0,材料受拉,应力应变关系为线性的,一直到应力达到σ t 时,材料拉坏。弹性模
~
量为 E0 ,且
- 1 -

t ~ ~ t ~
σ= E0 e ()
当