Ansys在钢筋混凝土应用探讨.docVIP

Ansys在钢筋混凝土应用探讨 　　【摘 要】本文介绍了钢筋混凝土的三种有限元模型，并用ANSYS模拟了钢筋混凝土简支梁，得到了其荷载挠度曲线，由此说明ANSYS分析钢筋混凝土问题时，有一定的局限性和不准确性，需要进一步完善和改进。 　　【关键词】钢筋混凝土简支梁；ANSYS；荷载挠度曲线 　　Discussion on the application of Ansys in concrete 　　GUO Jiao1 XU Hao2 　　（1.Edong Institute of Vocation and Technology Hubei Huanggang 438000； 　　2.China RailWay Tunnel Survey Design Institute Co.，Ltd， China Tianjin 300133） 　　【Abstract】This paper introduces three kinds of reinforced concrete finite element model， and using ANSYS to simulate reinforced concrete simply supported beam， the load deflection curve， the ANSYS analysis of reinforced concrete problems， have certain limitations， need to be further perfected and improved. 　　【Key words】Reinforced concrete beam；ANSYS；The load deflection curve 目前，混凝土设计规范都是以大量的实验数据为基础而建立的。其实验周期长，耗费大量的人力、物力和财力，并且影响因素极其复杂和极不稳定。而大型有限元软件ANSYS可用于分析静力与动力、线性与非线性等问题，能够很好地反映钢筋混凝土在复杂因素作用下的力学特征。但有限元软件ANSYS研究钢筋混凝土材料仍处于起步阶段，还需进一步努力和思考，希望早日能为工程所用。 　　1.钢筋混凝土有限元模型 　　按钢筋模拟方法的不同，钢筋混凝土有限元模型可分为组合式、整体式和分离式三种模型[1-3]。 　　1.1组合式模型 　　组合式模型往往假设混凝土与钢筋处于同一位移，即认为钢筋与混凝土完全粘结，不考虑其粘结滑移。它把混凝土和钢筋包含在一个单元之内，分别计算它们对单元刚度矩阵的贡献，再通过叠加得到单元刚度矩阵。组合式模型又可分为分层组合式单元和带钢筋膜单元两种模型。前者是在其横截面上分成许多混凝土层和许多钢筋层，并对截面应变做出某些特定假设，在钢筋混凝土板壳结构中应用最多和最为广泛。 　　1.2整体式模型 　　整体式模型把钢筋混凝土看作一种匀质连续材料，通过调整单元的材料力学性能参数考虑钢筋对整个单元矩阵的贡献。这一模型计算简单，适用于钢筋较多、布置均匀且忽略钢筋与混凝土之间的相对滑移的情况。其主要缺点是误差较大，不能求出钢筋应力分布，不能考虑钢筋在单元中的具体位置和方向，也不能计算裂缝的宽度。 　　1.3分离式模型 　　分离式模型把钢筋和混凝土作为不同单元处理。分离式模型的优点是考虑了钢筋与混凝土之间的粘结滑移，可较为正确地计算出裂缝宽度；其主要缺点是钢筋单元必须依附在混凝土单元边线上，混凝土单元的划分必须适应钢筋的轮廓线，因此受到钢筋方向和分布的限制。由于钢筋混凝土存在裂缝，开裂必然导致钢筋和混凝土变形不协调，因此这种模型应用最为广泛。下面用ANSYS采用分离式模型来模拟和计算钢筋混凝土简支梁的受力和变形。 　　2.算例 　　2.1建模及求解 　　钢筋混凝土简支梁截面尺寸为b×h=150mm×300mm，采用C20混凝土，配有2C18的纵向受拉钢筋和2A8的受压钢筋，箍筋采用A8@75的双肢箍，如图1和图2所示。假设钢筋与混凝土粘结良好，求出混凝土梁的荷载-位移曲线，讨论此梁的受力和变形情况。 　　图1 载荷及梁的几何尺寸 　　图2 梁的横截面配筋图 　　2.2材料性质及求解过程 　　a.钢筋及混凝土的材料力学参数见表1： 　　表1 混凝土及钢筋的材料参数一览表 　　b.单轴受压应力-应变曲线（？滓-？着曲线）： 　　在ANSYS分析中，需要给出混凝土单轴受压下的应力-应变曲线。在本算例中，混凝土单轴受压下的应力-应变采用Sargin和Saenz模型： 　　？滓=■ 　　式中取？着■=（1.028-0.108■）■； 　　c.计算过程： 　　建立模型时，考虑其对称性，因此只需建立1/2模型，钢筋采用LINK8单元，采用等向强化双线性弹塑性材料模型；混凝土采用SOLID65