基于Cohesive单元的石拱桥主拱圈二相数值模拟方法

作     者：赵超 戴志成 钟新谷 陈倩倩 ZHAO Chao;DAI Zhi-cheng;ZHONG Xin-gu;CHEN Qian-qian

作者机构：湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学结构抗风与振动湖南省重点实验室湖南湘潭411201 

出 版 物：《工程力学》 (Engineering Mechanics)

年 卷 期：2021年第38卷第12期

页      面：97-106,117页

核心收录：

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51678235) 湖南省自然科学基金项目(2020JJ5195) 湖南省教育厅基金项目(20B218) 

主　　题：桥梁工程 二相数值模型 Cohesive单元 石拱桥 破坏机制 

摘      要：为解决石砌体材料非均质的描述问题,提出一种基于Cohesive单元的石拱桥主拱圈两相数值模拟方法。视石砌体为两相材料(砌块和砌缝),采用实体单元模拟砌块并引入非线性本构描述其破坏行为,在相邻砌块间插入Cohesive单元考虑砌缝砂浆的剪切和拉伸破坏。通过室内试验与数值模拟对比验证方法的有效性及适用性,分析了砌缝抗剪摩擦系数μ、加载位置等敏感参数对拱桥承载力的影响。结果表明:基于Cohesive单元的石砌体两相数值模型,可以有效描述石砌体材料的非均匀性及石拱桥的破坏过程(尤其是砌缝剪切滑移破坏行为),可为石拱桥极限承载力评估提供重要信息,如荷载-位移曲线、破坏模式等。此外,研究结果还发现主拱圈破坏机制由拱的受弯、受剪特性决定,并与砌缝抗剪摩擦系数μ强相关。