基于语言编程在车轮荷载下对混凝土板的损伤分析方法

技术领域

本发明涉及BIM建模技术领域，具体为基于语言编程在车轮荷载下对混凝土板的损伤分析方法。

背景技术

目前地下室顶板塌落、结构受损事故频发，其原因多是施工场地受限、地下室顶板过早的堆放建筑材料，甚至行驶重型设备。或者是车库顶板回填土荷载超标，造成顶板挠曲变形、产生裂缝，导致混凝土损伤破坏，最终导致坍塌。

钢筋混凝土组合结构广泛应用于民用建筑领域，该结构建筑施工特点表现为跨越能力良好、施工简单、工期短，综合经济效益可观等优点。但在一般情况下，设计人员主要考虑混凝土构件的弯矩、扭转和剪切等方面的工作性能，而对地下室顶板的循环受力损伤演化问题难以预先考量。因此，当荷载循环施加的情况下，混凝土板的损伤-破坏演化问题对结构安全造成较大的隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供基于语言编程在车轮荷载下对混凝土板的损伤分析方法，采用有限元软件ABAQUS，基于CDP损伤材料模型，三维数值分析模型，利用模拟荷载动态加载程序分析受力传递规律和损伤规律，为合理确定地下室顶板承受极限荷载提供参考依据，并且有效的避免坍塌等安全事故的发生，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于语言编程在车轮荷载下对混凝土板的损伤分析方法，包括以下步骤：

S1：利用Abaqus软件，选取合适的混凝土本构参数，建立合适的有限元模型；

S2：分析重型车辆前后桥轮胎与混凝土面接触面积和车轮接触面上的加载情况，利用Fortran语言编写程序模拟重型车辆移动；

S3：调用Abaqus子程序，对所建立的有限元模型在Fortran程序要求的车辆移动工况下，对有限元模型的动态程序模拟；

S4：根据模拟的结果分析判断不同车辆荷载和移动速度情况下混凝土损伤和破坏情况，并对模拟的结果进行分析。

更进一步地，S1中利用混凝土本构关系根据能量等价法定义混凝土拉-压损伤参数。

更进一步地，S2中编写fortran语言程序，模拟车辆按照程序工况对混凝土板最不利情况，简化成车轮向下与接触面的垂直的荷载位移加载在混凝土板面。

更进一步地，荷载位移加载后，提取加载处的车轮对接触面的荷载F-位移曲线，混凝土刚度退化SDEG-位移曲线，拉压损伤Demaget-位移曲线，并提取F、SDEG、DEMAGET、位移的数值。

更进一步地，F、SDEG、DEMAGET数据根据混凝土弹塑性特性分析在荷载F的作用下，SDEG和DEMAGET的变化关系，从而合理准确的确定混凝土板承受极限荷载的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的基于语言编程在车轮荷载下对混凝土板的损伤分析方法，其基于Abaqus建模和编写Fortran程序，充分利用Abaqus的混凝土CDF模型和混凝土的拉-压弹塑性特性和子程序，分析输出数据和拟合曲线，从而掌握混凝土结构的内部损伤变化情况，其所要解决的技术问题是在混凝土损伤前，利用程序模拟荷载动态变化对损伤程度的影响，从而避免荷载增加对混凝土结构造成破坏的方法，克服传统对结构承载力计算时，只考虑钢筋对结构的支撑作用，而忽略混凝土破坏的影响，从而更有效保护结构安全，避免应坍塌事故的发生。

附图说明

图1为本发明方法的原理框图；

图2为本发明的混凝土泵车参数示意图；

图3为本发明的荷载施加在混凝土板上力-位移曲线图；

图4为本发明的荷载施加在混凝土板上力-刚度退化曲线图；

图5为本发明的荷载施加在混凝土板上刚度退化-受拉损伤曲线图；

图6为本发明的车辆行走在混凝土板面的轨迹云图；

图7为本发明的混凝土受拉损伤云图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中：基于语言编程在车轮荷载下对混凝土板的损伤分析方法，包括以下步骤：

S1：利用Abaqus软件，选取合适的混凝土本构参数，建立合适的有限元模型；具体的，利用混凝土本构关系根据能量等价法定义混凝土拉-压损伤参数；

S2：分析重型车辆前后桥轮胎与混凝土面接触面积和车轮接触面上的加载情况，利用Fortran语言编写程序模拟重型车辆移动；其中，编写fortran语言程序，模拟车辆按照程序工况对混凝土板最不利情况，简化成车轮向下与接触面的垂直的荷载位移加载在混凝土板面；荷载位移加载后，提取加载处的车轮对接触面的荷载F-位移曲线，混凝土刚度退化SDEG-位移曲线，拉压损伤Demaget-位移曲线，并提取F、SDEG、DEMAGET、位移的数值，F、SDEG、DEMAGET数据根据混凝土弹塑性特性分析在荷载F的作用下，SDEG和DEMAGET的变化关系，从而合理准确的确定混凝土板承受极限荷载的方法

S3：调用Abaqus子程序，对所建立的有限元模型在Fortran程序要求的车辆移动工况下，对有限元模型的动态程序模拟；

S4：根据模拟的结果分析判断不同车辆荷载和移动速度情况下混凝土损伤和破坏情况，并对模拟的结果进行分析。

为了进一步更好的解释说明本发明，下面将结合本发明混凝土的损伤判定和数值曲线分析的方法实施例中的附图1，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，具体步骤如下：

步骤一、利用Abaqus软件，选取C40混凝土本构参数，建立混凝土CDF损伤模型；

步骤二、根据施工图纸，建立地下室顶板梁、柱、板的三维模型；

本实施例梁、柱、板的参数如下：

步骤三、根据混凝土泵车参数，按照最不利布置原则确定泵车在板面中的位置，并简化泵车与板面的受力关系；本实例混凝土泵车参数如图2所示；

编写Fortran程序，模拟车辆行走，具体程序如下：

步骤四、约束边界、施加位移荷载、网格划分、提交作业；

步骤五、对所建立的有限元模型进行数值模拟，并对模拟的结果输出曲线，提取数值；本实施例中混凝土的刚度退化SDEG曲线和力-位移曲线在某点处出现明显极度上升和明显下降的情况，这种情况符合混凝土的拉压弹塑性特征，弹性-塑性-软化的变化过程；如图3-7所示：

步骤六、根据模拟的结果分析判断不同荷载情况下混凝土损伤和破坏情况；本实施例中明显看出对应F的SDEG值以下，为弹性且混凝土轻微损伤，对应F的SDEG值之间，为塑性且混凝土中度损伤并有轻微裂纹产生，对应F值的SDEG以上，为软化且混凝土完全损伤甚至破坏，此时混凝土完全丧失功能。

步骤七、从F-位移曲线中得出，确保钢筋混凝土结构在施工阶段的安全可靠，F取值应小于600KN。同时考虑动荷载系数(0.6-0.8)，泵车的载重量为360～480KN。

值得一提的是，本发明专利涉及的Abaqus软件等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。