ABAQUS预应力钢绞线精细化有限元分析——EI论文试验复现 原创

同济土木8年有限元经验，24年技术邻top16。 擅长abaqus论文复现、试验复现、尤其滞回复现。 以第一作者发表多篇一区SCI，全国大学生数学建模竞赛一等奖获得者。 精通领域：结构抗震；滞回曲线；钢筋混凝土结构；预制混凝土结构；预应力混凝土结构；钢结构；节点；框架；剪力墙；砌体；减隔震；惯容系统等。

结构工程领域数值模拟的学生或工程师

预应力钢绞线由多根钢丝缠绕而成，实际工程中受到拉-弯-剪的组合作用，应力状态相对复杂

在大尺度整体模型分析时，由于精细化建模相对复杂，通常考虑为线单元

在小尺度或局部精细化分析时，可采用实体单元建模分析其复合受力状态。

对于预应力结构、构件层次的有限元分析，本人已完成了相对系统的论文复现及其教程，包括如何实现无粘结与有粘结的预应力筋，如何实现体内与体外的预应力筋，以及预应力结构的试验复现等。对于预应力钢绞线精细化的论文复现，目前全网仍缺乏试验验证后的案例。因此本教程包含了模型建立，材料设置，相互作用，结果调试等步骤，可为类似钢绞线精细化模拟提供参考。

关键词

预应力钢绞线；精细化有限元；ABAQUS；论文复现；试验复现

模拟背景

• 预应力钢绞线由多根钢丝缠绕而成，实际工程中受到拉-弯-剪的组合作用，应力状态相对复杂
• 在大尺度整体模型分析时，由于精细化建模相对复杂，通常考虑为线单元
• 在小尺度或局部精细化分析时，可采用实体单元建模分析其复合受力状态。

复现内容

参考某篇EI论文中的钢绞线拉-剪试验建立了ABAQUS精细化有限元模型。其中钢绞线与混凝土均采用实体单元，模拟其在两端拉力作用下，受到剪切作用时的破坏机理。

试验采用双剪试验对称加载，试验加载边界与有限元模型如图所示。

论文复现难点

试验复现要点包括：

1、如何建立多根钢丝缠绕而成的精细化预应力钢绞线实体模型

2、如何考虑钢绞线在复杂应力状态下的材料本构

3、剪力-位移曲线与拉力—位移曲线如何同时与试验结果吻合

4、如何真实模拟与试验结果一致的钢绞线破坏形态。

曲线对比

模拟所得的剪力-位移曲线与试验数据对比如下图所示，可见加载初期初始刚度相对较小，随着荷载增大，剪切位移超过50mm时，承载力陡然下降。

拉力—位移曲线与试验结果对比如图所示。需要注意的是，剪力-位移曲线和拉力—位移曲线为同一模型同时测得，均与试验吻合一致。这表明模拟所得的力学状态与试验结果完全吻合。精细化有限元模拟符合实际情况。

破坏形态对比

模拟的破坏形态与试验结果对比如图所示。由图可知，钢绞线在剪切缝处发生了预应力钢丝的拉-剪破坏，有限元分析所得的破坏形态与试验结果吻合。

结语

对于预应力结构、构件层次的有限元分析，本人已完成了相对系统的论文复现及其教程，包括如何实现无粘结与有粘结的预应力筋，如何实现体内与体外的预应力筋，以及预应力结构的试验复现等。对于预应力钢绞线精细化的论文复现，目前全网仍缺乏试验验证后的案例。因此本教程包含了模型建立，材料设置，相互作用，结果调试等步骤，可为类似钢绞线精细化模拟提供参考。