大口径JPCCP管三点法外荷载试验与破坏过程数值仿真分析

摘要

结合原水连通工程试验段管节的三点法外荷载原型试验,利用ABAQUS软件建立了预应力钢筒混凝土顶管(JPCCP)的三维精细化仿真模型,详细讨论了混凝土塑性损伤本构在ABAQUS下的实现,研究了预应力顶管在三点法外荷载试验中的力学行为与破坏过程.通过数值结果与现场试验监测数据的对比分析,获得了管节破坏过程中关键控制点,得到了在三点外荷载作用下管节应力应变的变化规律与管节的破坏机理,并很好地验证了数值模型的准确性与可靠性,为JPCCP管的数值计算与工程应用提供了一定参考价值.模型结果仅适用于结构达到或较为接近极限承载能力状态时，由于数值分析方法的局限性会产生一定误差，故而难以描述结构力学行为从连续到非连续的跨越。具体分析可知，尽管在材料层次引入了塑性与损伤，但当结构出现宏观破裂后，其由于断面破损产生变形不连续性而导致整体变形快速增大的趋势是该方法难以准确描述的;同时，混凝土抗拉极限强度值较小，因此其受材料不连续性影响的也更为显著，而针对本项研究所计算的工况，其计算结果与试验构件存在差异也基本是必然的。从总体上讲，本研究所采用的数值仿真方法所得的计算结果与结构试验所得结果在结构受力变形趋势上能够较好地吻合，表明本项研究所建立的力学模型是较为准确可靠的。