ANSYS的钢筋混凝土梁非线性分析

第9卷第2期2011年4月

水利与建筑工程学报

Vol.9No.2Apr.,2011

基于ANSYS的钢筋混凝土梁非线性

分析若干问题研究

高　丽1,曾晓云2,王　勇2

(石河子大学水利建筑工程学院,新疆石河子832003)

摘　要:基于ANSYS软件,分析总结了钢筋混凝土梁非线性有限元分析中需要正确处理和解决的诸如单元选择、材料本构关系、加速收敛等若干问题,用ANSYS对一钢筋混凝土简支梁进行非线性分析,研究梁荷载与跨中挠度关系、刚度变化及裂缝发展形态,为类似的模拟分析提供可靠的理论依据。关键词:ANSYS;钢筋混凝土梁;非线性;有限元

中图分类号:TU375.1　　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1672—1144(2011—0092—03

ResearchonSeveralProblemsRCBeamsBG,ZEX2ANGYong2

(CollegeofWater,ShiheziUniversity,Shihezi,Xinjiang832003,China)

Abstract:ThethenonlinearanalysisofRCbeamsareanalyzedandsummarizedherebasedonANSYS,suchasselection,theconstitutiverelationshipofmaterials,theaccelerationofconvergence,etc.ThenonlinearanalysisiscarriedoutforaRCbeambyusingANSYS.Therelationshipofloadandmiddlespandeflec2tion,andthedevelopmentofstiffnessandcracksintheRCbeamareanalyzed.Theanalysisresultscouldprovideabasicadviceforsimilarcases.

Keywords:ANSYS;reinforcedconcretebeam;nonlinear;finiteelement

0　前　言

　　钢筋混凝土是土木行业中应用最广泛的工程材

料,其性质复杂,材料非线性和几何非线性同时存在。用传统方法分析往往难度较大,而有限元方法在钢筋混凝土非线性分析中显示出越来越大的实用性和方便性。通过对钢筋混凝土简支梁的非线性有限元分析研究表明[1-3]:ANSYS计算结果基本能反映简支梁荷载—位移关系、混凝土和钢筋的应力发展过程、混凝土裂缝的形态及发展等性能,能较好地符合梁的受力机理;但在繁琐的模拟分析过程中,如果模型建立不当,各种参数选项设置不合理,本构模型及屈服准则选取不当,则无法保证模拟结果的可靠性和正确性。因此,必须正确处理和解决上述若干问题,并根据实际情况反复多次调试,才能得出钢筋混凝土结构的应力、变形、开裂、压碎的正确结果。

1　非线性分析时应注意的若干问题

1.1　关于模型

钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式主

要有分离式和整体式。整体式模型直接利用带筋的SOLID65单元模拟,建模简单,分析效率高,求解易于收敛

,但所得的结果较粗略,不适用于钢筋分布较不均匀的区域,且得到钢筋内力比较困难。分离式模型是按照混凝土与钢筋不同的力学性能,选择不同的单元形式。利用空间杆单元LINK8或空间管单元PIPE20建立钢筋模型,与混凝土单元SOLID65共用节点。其优点是可任意布置钢筋并直观获得钢筋内力,考虑了钢筋和混凝土之间的粘结和滑移的实际情况,所得结果较为真实可靠,但建模复杂,求解不易收敛;需要考虑共用节点的位置,容易出现应力集中的问题。

收稿日期:2010201228　　　　　修稿日期:2011203210

),女(汉族),河南夏邑人,硕士,讲师,主要从事结构工程的教学及研究工作。作者简介:高丽(1981—

ANSYS的钢筋混凝土梁非线性分析

第2期　　　

　　　　　　高　丽,等:基于ANSYS的钢筋混凝土梁非线性分析若干问题研究93

鉴于此,对于一些准确性要求相对较低的定量分析问题或一些定性分析问题都可采用整体式模型,而对一些准确性要求较高的定量分析问题则要采用分离式模型。分离式和整体式模型适用于二维和三维结构分析。1.2　单元选择及网格划分

有考虑1～5个参数的多种方法。一般来说,强度准

则的参数越多,对混凝土强度性能的描述就越准确。SOLID65单元采用的William-Warnke5参数强度准则,包括单轴抗拉强度,单轴、双轴抗压强度,静水压力,在静水压力作用下的双轴、单轴抗压强度、张开裂缝剪切传递系数、闭合裂缝剪切传递系数等参数。一般情况下,张开裂缝剪切传递系数取0.3～0.5,闭合裂缝剪切传递系数取0.9～1.0[5]。1.5　解决收敛问题的方法

用ANSYS来分析钢筋混凝土梁时,混凝土开裂前收敛比较容易,在梁的开裂阶段和破坏阶段,非线性有限元模型常难于收敛,导致计算提前结束,模拟值较试验值低。敛问题:

)、,有效避免应(。在迭代计算过程,。对于收敛标准,一般位移控制加载最好用位移的∞-范数控制收敛,而用力控制加载时可以用残余力的2-范数控制收敛。系统默认的收敛容差值为0.1%,在梁受力的开裂阶段和破坏阶段,材料非线

在分离式模型中,选择的单元对象为两种:SOL2ID65和LINK8。SOLID65单元,主要用于模拟三维混凝土单元。其实体模型具有拉裂、压碎、塑性变形及徐变、单元生死等性能。钢筋模拟采用LINK8单元,用于模拟钢杆,斜拉索等。单元的2个节点具有3个方向的自由度,LINK8单元只能承受拉应力和压应力,不承受弯矩和剪力,它具有塑性、膨胀、应力刚化、大变形、大应变、单元生死等功能[4]

。

在实际应用过程中应该对单元划分进行有效控制,对于非线性响应强烈的区域,为避免应力集中,应粗划应力集中区域的网格尺寸。大于5cm时,题。1.3　在用ANSYS,混析有重大影响。混凝土单元需要定义本构关系和破坏准则。1.3.1　混凝土材料非线性本构模型

SOLID65单元可以使用的本构关系有等强硬化

性响应强烈,建议设置比较大的收 …… 此处隐藏：3653字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……