基于XFEM的钢筋混凝土梁开裂数值模拟

摘要

将扩展有限元法应用于钢筋混凝土简支梁开裂过程的数值模拟,采用三维实体单元与三维杆单元分别模拟混凝土与钢筋,在开裂区域预设与实验值相同间距的初始裂缝,并利用非线性弹簧单元来考虑钢筋与混凝土间的黏结滑移作用,得到了加载过程中裂缝的扩展情况、黏结滑移对裂缝扩展的影响、裂缝宽度与外荷载的关系以及纯弯段内裂缝处混凝土和钢筋中应力的分布.分析结果表明:计算得到的裂缝宽度与实验值吻合较好,黏结滑移会使得同样荷载水平下的裂缝更宽,钢筋和混凝土的应力分布与实际情况相符,扩展有限元不用重划网格、不用预设裂纹扩展路径,能有效地进行钢筋混凝土梁的开裂数值模拟.