林茂+田艷鳳+余曉青+胡功笠

摘要：本文利用ABAQUS有限元軟件，以鋼纖維-鋼筋混凝土四邊簡支板為研究對象，對其在低速沖擊作用下的局部破壞效應、整體破壞效應兩方面的結構性能進行數(shù)值模擬。

關鍵詞：鋼纖維；低速沖擊；數(shù)值模擬

板的撓度變形值是評價構件整體變形和韌性的重要參數(shù)，低速沖擊對鋼纖維-鋼筋混泥土結構的整體作用主要表現(xiàn)在對構件的整體壓力并使之發(fā)生整體彎曲。本文對落錘沖擊體、四邊簡支支座、鋼纖維-鋼筋混泥土板分別建立模型，對落錘沖擊試驗過程應用ABAQUS有限元仿真軟件進行模擬，所得數(shù)據(jù)與參考試驗結果相比對，以驗證數(shù)值模擬的有效性，最后從撓度-時間關系的角度分析構件的整體變形特征。

一、模型的建立

1、混凝土與鋼筋模型的建立?；炷僚c鋼筋模型平面尺寸為300mm×300mm，板的厚度設為50mm，混泥土板劃分的單元體數(shù)為36000個。建立3×3和5×5兩種間距的鋼筋網(wǎng)模型，鋼筋與混泥土采用分離式模型建模，通過“裝配”功能組合到一起。

2、鋼纖維模型的建立。本文應用整體式模型將鋼纖維當作混泥土中的強化組分，將鋼纖維混泥土視為一種勻質材料，在模型中滿足鋼纖維與混泥土無相對滑移并且位移變形協(xié)調(diào)一致的假設。鋼纖維混凝土模型參數(shù)見表1。

3、沖擊體與支座模型的建立。落錘沖擊體和底部支座的材料均為45號鋼。沖擊體模型截面為直徑50mm的圓形，沖擊體高70mm，重量為50kg。底部支座與板構件的關系為四邊簡支，支座外形尺寸為邊長300mm，高20mm的正方形封閉結構，支座截面與板件接觸寬度為5mm。

4、本構模型的建立。

模型建立的最終效果如圖1所示。

二、數(shù)值模擬計算結果與分析

1、模擬結果比對。將沖擊體模型加載與落錘試驗相同的沖擊能量，沖擊接觸位置為板件的幾何中心，利用ABAQUS數(shù)據(jù)捕捉功能選取中心位置處的位移變形值，導出撓度-時間曲線。數(shù)值模擬所得數(shù)據(jù)與落錘試驗測得數(shù)據(jù)相對比，部分板件的對比圖如圖2所示，圖中FEM為數(shù)值模擬的結果。

由圖2可知，數(shù)值模擬曲線與落錘試驗曲線符合較為良好，但是在初始破壞形成后的下降段兩條曲線有一定出入。可能是因為在建立鋼纖維混泥土模型時所做的簡化工作，省略掉了鋼纖維混凝土板在受到初始破壞時荷載的急劇下降階段。

2、撓度變形分析。板件的撓度變形能直觀反映受沖擊過程中的整體破壞程度，通過撓度-時間曲線可以看出板件受低速沖擊的變形破壞規(guī)律，部分板件的撓度-時間曲線如圖3所示。

從圖3中可以看出：板件的撓度變形曲線在初始階段接近于直線形式快速上升，此時板件為彈性變形階段；曲線到達拐點后斜率有所降低但繼續(xù)呈上升態(tài)勢直到最大位移量的形成，此時板件在鋼筋的拉結作用下，變形速度有所降低；之后曲線呈不規(guī)則的折線形式緩慢下降，最后維持近似水平狀態(tài)，此時板件經(jīng)歷一定程度的彈性恢復形變，最后維持一定量的塑性變形。

三、結語

利用ABAQUS有限元軟件，對鋼纖維-鋼筋混泥土板試件在低速沖擊作用下的破壞過程進行了數(shù)值模擬。采用整體式鋼纖維混凝土模型，分別對鋼纖維混凝土、鋼筋、沖擊體和底部支座進行建模，對落錘沖擊試驗進行了數(shù)值分析。模擬結果中的荷載-時間曲線與參考試驗曲線基本符合，驗證了模型具有一定合理性和有效性。

參考文獻

[1] 盧海林，孫成訪，彭少民.鋼纖維混凝土的數(shù)值模擬技術研究[J].華中科技大學學報（城市科學版），2005，22（3）：39～45.

[2] 戎志丹.超高性能鋼纖維砼防護工程材料的動態(tài)行為及數(shù)值模擬[D]：〔博士學位論文〕.南京：東南大學，2010.

[3] 秦菱，張超，武爽.鋼纖維-鋼筋混凝土在低速沖擊作用下的受力環(huán)境研究[J].四川水泥，2015，（09）：52.