2楼
对于钢筋混凝土结构而言,非线性分析,最主要的作用就是处理裂缝的问题,因为混凝土构件的非线性发展过程,本质上就是裂缝开展、变化的过程。
钢筋混凝土是钢筋和混凝土的结合体,高延性的钢筋,与脆性、拉压异性的混凝土共同作用,决定了混凝土不同于岩石、钢材、土体等单一材料的。但是,现代混凝土非线性理论,以及各类计算软件中,均将采用脆性、延性均质材料的方式处理混凝土问题,没能反映钢筋混凝土复合材料的特性。
脆性材料受拉超过极限拉应变,即引起开裂,混凝土也是这样。但混凝土不同于均质脆性材料的地方在于,混凝土的裂缝开展、裂缝宽度、间距等,受开裂部位的受到钢筋的约束作用(我们形象地称之为握裹作用)。
裂面处混凝土与钢筋握裹作用,才是决定钢筋混凝土结构非线性性能的关键因素。这种握裹作用,决定了裂缝的宽度和间距。而混凝土开裂后的刚度与延性,由裂缝宽度之内间的钢筋变形,和裂缝之间钢筋混凝土组合的变形确定。得知裂缝的宽度和间距,是计算混凝土开裂后的刚度、延性的关键所在,也就从根本上确定了混凝土的非线性性能。
在STRAT软件之前,纤维单元实际上是一种很粗略的模型,不能考虑混凝土的开裂。当前一些国际通用的、大型有限元软件采用细分块体元模型,能考虑混凝土开裂。但其裂缝开裂的机制,即是前文所说的沿用脆性材料的特性,未能考虑钢筋、混凝土相互之间的握裹作用。这些软件能计算出裂缝,但仅仅是裂缝所在的位置,不能得出裂缝的宽度,因此其开裂后的刚度是不准确的。并且,由于不能计算裂缝宽度,也就不能得出开裂后混凝土拉应力释放情况,因此其裂缝的位置严格上讲也是不准确的。虽然这种细分块元模型中,可以考虑钢筋、混凝土之间的粘结滑移的非线性特性,但由于细分网格不能做到足够小,这种粘结滑移的特性,实际上仍是沿构件纵向的宏观粘结滑移,还不能用于模拟缝面微观的非线性粘结滑移。
STRAT软件采用我们提出的新型粘结滑移的力学模型,能够模拟裂缝缝面处钢筋粘结滑移的微观非线性分布特性。利用这种力学模型,STRAT软件的纤维单元,能够计算处混凝土裂缝的宽度,和裂缝的间距。这种力学模型,能够准确地模拟混凝土再次开裂的情况,并且能计算极限最小裂缝间距(在增加拉力的情况下不会再出现新的裂缝的现象)。STRAT软件采用一种全新的混凝土非线性模型,也可以说当前更为先进的模型。
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