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第九届全国现代结构工程学术研讨会 RCS结构节点ANSYS数值模拟技术研究 何喜明 白正仙 王微 (jB京工业大学建筑工程学院，北京100024) 提要：采用ANSYS程序对RCS节点试件的受力性能进行非线性有限元数值分析，对RCS结构数值模拟中混凝土和钢材 材料模型定义、有限元建模、钢筋单元生成、及后处理等关键技术进行系统研究。最终形成考虑粘结滑移的RCS 结构节点数值模拟技术。RCS节点数值模拟结果与试验结果吻合较好，表明RCS节点数值模拟方法所建立型钢混 凝土结构ANSYS数值模拟技术合理、可行，可适用于基于ANSYS程序的型钢混凝土结构有限元数值模拟和受力 性能深入研究。 关键词：RCS结构节点，数值模拟，ANSYS程序，粘结滑移，三维连接单元 一、引言 钢筋混凝土柱(reinforcedconcretecolumn)和钢梁(steel beam)组成的框架结构简称RCS。RCS 结构是钢．混凝土组合结构的主要形式之一，在国内外已经得到一定应用。我国现有的型钢混凝土结构设计 规程尚不完善，型钢混凝土结构计算理论还存在较多简化，因此，为较为准确、全面了解型钢混凝土结构 构件受力性能，需要采用有限元方法等数值模拟技术进行结构分析。【l】 大型商业通用有限元分析程序ANSYS在前后处理、模型建立、运算功能和操作界面方面均表现出较 础，正逐渐成为型钢混凝土结构理论研究和工程应用的常用工具软件。但目前关于RCS构ANSYS数值模 拟技术的研究还很不系统，因此有必要对基于ANSYS程序的RCS结构数值模拟成套技术进行研究。 RCS结构节点试件参数 为对RCS结构节点受力性能进行研究，文献【2】进行了节点试件的试验研究，试件的截面特征和主要 参数详见图l、图2。本文将结合试验研究结果，对RCS结构节点ANSYS数值模拟技术进行全面介绍。【21 1230 工业建筑2009增刊 第九届全国现代结构工程学术研讨会 图2 三、ANSYS分析模型 (一)材料模型 钢材材料模型RCS结构节点数值模拟中型钢可采用多折线性随动强化模型(MKIN)，单轴应力应变关 系采用多折线型；纵筋和横向箍筋采用双线性随动强化模型(BKIN)，单轴应力一应变关系为理想弹塑性模 型。 混凝士材料模型在单调加载受力情况下，混凝土单轴受压应力应变关系采用比较常用的Saenz模，并 按照非线性弹性材料模型(MELAS材料模型)输入。该模型能较好反映混凝土应力一应变曲线下降段。混凝 土破坏准则采用ANSYS程序中混凝土材料默认的William．Warnke五参数破坏准则。【3】 (二)单元类型 的实常数F-D曲线来定义非线性弹簧的受力性质。对于单向弹簧，弹簧长度可以为零，这为模拟型钢混凝 土粘结滑移提供可能。Ljl (三)网格划分及单元生成 在确定混凝土、型钢、纵筋及箍筋程序中的单元类型、材料性质和型钢混凝非线性弹簧单元所对应的 实常数F-D曲线以建立考虑粘结滑移的RCS结构节点模型。采用以下步骤建立模型： 1．选择所需要的各种单元类型，并设置各单元类型的选项； 2．确定各种材料(混凝土、型钢、纵筋和箍筋)的材料性质，并分别进行输入； 3．将非线性弹簧单元对应的实常数输入，并详细检查； 4．建立RCS节点试件的ANSYS分析模型并对型钢及混凝土块体进行单元 划分； 5．根据型钢、混凝土单元结点，生成纵向钢筋单元、横向箍筋单兀； 6．根据型钢、混凝土单元结点，生成弹簧单元： 为了保证型钢和混凝土单元都能规则划分成平行六面体单元，并且结点坐 标一一对应，利用型钢、混凝土单元结点生成钢筋、弹簧单元在建立模型的过 程中建议采用分割方法建立模型。按图3所示方法生成不同块体。对于完全粘 结情况，直接进行粘结(glue)布尔操作，则不进行相)ill(add)运算对于考虑滑移情图3 况，则不进行粘结(glue)操作。进行单元尺寸设置或等分设置后进行网格划分，