Abaqus混凝土塑性损伤模型

一个筏板中钢柱受拉节点破坏模式的算例，记录下遇到的坑。

1. 模型信息

节点详图1 节点详图2

模型：以BKZ1为代表进行建模计算。筏板计算范围从加劲肋边缘往外延伸3m。采用Abaqus/Explicit模块进行显式非线性分析。网格划分，钢柱采用S4R壳单元，筏板采用C3D8R六面体实体单元。材料等级，柱Q345GJ钢材，筏板C40混凝土。壳单元通过embedded region嵌入实体单元中。

钢柱部分 筏板部分 组装完成模型 网格划分完成模型

边界条件：约束筏板四个侧面全部自由度。

约束示意图

荷载：采用位移加载模式，在钢柱顶端施加200mm位移，模拟钢柱受拉荷载作用。

位移加载示意图

材料本构关系：
Q345GJ：理想弹塑性
C40：混凝土塑性损伤模型

2. 计算结果

应力单位：N/mm^2
位移单位：mm

2.1 应力结果

整体模型剖面Mises应力分布 钢柱剖面Mises应力分布 筏板剖面最大主应力分布

钢柱Mises应力最大值345.0MPa，筏板最大主应力7.5MPa。

2.2 位移结果

整体模型最大位移

模型最大位移200mm，钢柱及钢柱周围混凝土均达到最大位移值。

2.3 损伤分布

为了输出损伤，需要在定义材料本构时定义损伤因子，推荐Abaqus插件createMaterialConcrete，可以自动生成混凝土塑性损伤模型参数。损伤因子0_{1分别代表无损伤}完全失效，一般来说受压损伤>0.3，受拉损伤>0.5，可以认为单元失效。C40混凝土参数定义如下图所示：

C40材料本构 受压损伤定义 受拉损伤定义

定义了损伤因子，还需要在Step-Field Output Requests中勾选输出DAMAGEC和DAMAGET，才能在后处理中查看损伤结果。
混凝土受拉损伤分布发展如下图所示：

混凝土受拉损伤发展分布图（1） 混凝土受拉损伤发展分布图（2） 混凝土受拉损伤发展分布图（3） 混凝土受拉损伤发展分布图（4） 混凝土受拉损伤发展分布图（5） 混凝土受拉损伤发展分布图（6）

混凝土受压损伤分布发展如下图所示：

混凝土受压损伤发展分布图（1） 混凝土受压损伤发展分布图（2） 混凝土受压损伤发展分布图（3） 混凝土受压损伤发展分布图（4） 混凝土受压损伤发展分布图（5） 混凝土受压损伤发展分布图（6）

从筏板混凝土受拉、受压损伤分布发展图可以看出，筏板破坏模式为从钢柱底板沿45°向上发展的混凝土冲切破坏，可以采用冲切承载力计算公式进行钢柱受拉验算。需要注意的是，冲切破坏椎体的有效高度应取钢柱底板至筏板顶距离。

2.4 荷载位移曲线

钢柱受拉荷载-位移曲线如下图所示：

荷载（N）-位移（mm）曲线

3. 结论

未施加多余约束时，筏板破坏模式为从钢柱底板沿45°向上发展的混凝土冲切破坏，可以采用冲切承载力计算公式进行钢柱受拉验算。需要注意的是，冲切破坏椎体的有效高度应取钢柱底板至筏板顶距离。

-2017年7月10日