ANSYS理論基礎(chǔ)混凝土及鋼筋單元

1、ANSYS 理論基礎(chǔ)一、鋼筋混凝土模型 1、Solid65單元模擬混凝土和巖石等抗壓能力遠(yuǎn)大于抗拉能力的非均勻材料開發(fā)的單元，可以模擬混凝土中的加強(qiáng)鋼筋（或玻璃纖維、型鋼等）；普通8節(jié)點(diǎn)三維等參元，增加針對(duì)混凝土材料參數(shù)和整體式鋼筋模型；基本屬性：可以定義3種不同的加固材料；混凝土具有開裂、壓碎、塑性變形和蠕變的能力；加強(qiáng)材料只能受拉壓，不能承受剪切力。三種模型：分離式模型把混凝土和鋼筋作為不同的單元來(lái)處理，各自劃分單元，或鋼筋視為線單元（桿件linkspar8或管件pipe16，20）；鋼筋和混凝土之間可以插入粘結(jié)單元來(lái)模擬界面的粘結(jié)和滑移；整體式模型將鋼筋分布于整個(gè)單元中，假定混凝土和鋼筋

2、粘結(jié)很好，并把單元視為連續(xù)均勻材料；組合式模型分層組合式：在橫截面上分成許多混凝土層和若干鋼筋層，并對(duì)截面的應(yīng)變作出某些假設(shè)（如應(yīng)變沿截面高度為直線）；或采用帶鋼筋膜的等參單元。2、本構(gòu)模型 線性彈性、非線性彈性、彈塑性等；強(qiáng)度理論Tresca、Von Mises、Druck-Prager等；3、破壞準(zhǔn)則單軸破壞（Hongnested等）、雙軸破壞（修正的莫爾庫(kù)侖等）、三軸破壞（最大剪應(yīng)力、Druck-Prager等），三參數(shù)、五參數(shù)模型；混凝土開裂前，采用Druck-Prager屈服面模型模擬塑性行為；開裂失效準(zhǔn)則，采用William-Warnke五參數(shù)強(qiáng)度模型。4、基本數(shù)據(jù)輸入混凝土：Sh

3、rCf-Op張開裂縫的剪切傳遞系數(shù)，01 ShrCf-Ol閉合裂縫的剪切傳遞系數(shù)，0.91 UnTensSt抗拉強(qiáng)度， UnCompSt單軸抗壓強(qiáng)度，（若取-1，則以下不必要） BiCompSt雙軸抗壓強(qiáng)度， HydroPrs靜水壓力， BiCompSt靜水壓力下的雙軸抗壓強(qiáng)度， UnCompSt靜水壓力下的單軸抗壓強(qiáng)度， TenCrFac拉應(yīng)力衰減因子。加固材料（材料號(hào)、體積率、方向角）二、其他材料模型在Ansys中，可在Help菜單中查閱各種不同單元的特性。例1、矩形截面鋼筋混凝土板在中心點(diǎn)處作用2mm的位移，分析板的受力、變形、開裂（采用整體模型分析法）。材料性能如下：1、混凝土彈性模量

4、E=24GPa，泊松比=0.2，單軸抗拉強(qiáng)度f(wàn)t=3.1125MPa，裂縫張開傳遞系數(shù)0.35，裂縫閉合傳遞系數(shù)1，關(guān)閉壓碎開關(guān)；2、鋼筋為雙線性隨動(dòng)硬化材料，彈性模量E=200GPa，泊松比=0.25，屈服應(yīng)力0.2360MPa，硬化斜率為20000，配筋率為0.01，雙向配筋；矩形截面尺寸：1.01.00.1m3。首先建模：1）取模型名為RC_Boad；2）結(jié)構(gòu)分析類型為Structural;3）單元類型，選擇SOLID65單元為1號(hào)單元，用于混凝土模型，并在其Opitions對(duì)話框中的K5和K6下拉選項(xiàng)中，選擇Integration Pts。為使計(jì)算能順利收斂，可定義SOLID45單元為

5、2號(hào)單元，用于支座處增加的鋼性墊片模型。4）定義實(shí)常數(shù)：選擇SOLID65單元，在對(duì)話框中填入相關(guān)數(shù)據(jù)；5）定義材料屬性：先定義混凝土的線性和非線性特性，再定義鋼筋的線性和非線性特性。6）建立板的幾何模型（或及墊片的幾何模型）；網(wǎng)格劃分：加載并求解：1）將角點(diǎn)設(shè)置為簡(jiǎn)支（或?qū)⒅ё撔詨|片底面的所有自由度約束），在板的中心節(jié)點(diǎn)施加Z方向2mm的位移；2）設(shè)置分析選項(xiàng)：查看計(jì)算結(jié)果及分析：（無(wú)墊片結(jié)果）第一主應(yīng)力等值線：裂紋分布：有墊片結(jié)果鋼筋平均等效應(yīng)力：例2、鋼筋混凝土梁開裂分析鋼筋混凝土梁在彎矩作用下，分析梁底部開裂、鋼筋的最大拉應(yīng)力和混凝土的最大壓應(yīng)力。材料性能：混凝土彈性模量E=2010

6、6kPa，泊松比=0，單軸抗拉強(qiáng)度f(wàn)t=0MPa；鋼筋彈性模量E=300106kPa，泊松比=0.3；矩形截面尺寸：寬5.0高6.0m2，鋼筋面積A=0.15m2。作用荷載：純彎矩M=600kN.m。1、建模1）定義結(jié)構(gòu)分析類型：Structural；2）定義單元類型：混凝土SOLID65；鋼筋LINK8；PIPE16為虛擬單元，描述節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。3）定義實(shí)常數(shù)：對(duì)LINK8單元，在對(duì)話框的AREA中輸入0.15；對(duì)PIPE164）定義材料屬性：5）建立幾何模型（取長(zhǎng)度為2）2、劃分網(wǎng)格1）劃分鋼筋網(wǎng)格選擇屬性劃分單元數(shù)劃分網(wǎng)格2）劃分虛擬單元網(wǎng)格3）劃分體網(wǎng)格3、加載和求解為了使z=2的截面受

7、力后仍為平面，同時(shí)使節(jié)點(diǎn)能有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，應(yīng)對(duì)此截面上的節(jié)點(diǎn)建立如下8個(gè)約束方程： 分別輸入以上8個(gè)方程：第一個(gè)方程：第八個(gè)方程：在z=0面施加全位移約束：約束虛擬桿單元的繞Y、Z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)：施加彎矩于虛擬桿單元上（節(jié)點(diǎn)7和11上個(gè)300）：求解選項(xiàng)設(shè)置：求解：計(jì)算結(jié)果：拉、壓應(yīng)力：變形：裂紋：讀取數(shù)據(jù)（混凝土最大壓應(yīng)力及鋼筋拉應(yīng)力）：結(jié)果顯示鋼筋拉應(yīng)力STL和混凝土的抗壓應(yīng)力SCON：例3：預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土分析ANSYS對(duì)預(yù)應(yīng)力的處理：1）分離式（discrete）以荷載的形式取代預(yù)應(yīng)力鋼筋的作用，如等效荷載法；簡(jiǎn)單，但張拉過程無(wú)法模擬。2）整體式（smeared）用Link單元模擬預(yù)應(yīng)力鋼筋

8、，如降溫法、初始應(yīng)變法?？赡M整個(gè)過程，但建模復(fù)雜。某預(yù)應(yīng)力矩形截面混凝土簡(jiǎn)支梁：混凝土標(biāo)號(hào)為C45，E=33.5GPa，=0.2；預(yù)應(yīng)力鋼筋為高強(qiáng)度鋼筋束，E=200GPa，泊松比=0.3， 線膨脹系數(shù)2e-5，預(yù)應(yīng)力p=1500MPa；截面尺寸：梁長(zhǎng)4.0m，高2.0m，寬1.2m；力筋面積A=6126mm2，矩底面距離20cm，居中布置。用降溫法分析，預(yù)應(yīng)力對(duì)應(yīng)的溫度變化為T=/E/=375。1、建模1）工程名prestress；2）定義分析類型：Structural3）定義單元類型：Link8為1號(hào)單元（鋼筋單元），SOLID65為2號(hào)單元（混凝土單元），PLANE42為3號(hào)單元（用于劃分面基礎(chǔ)網(wǎng)格）。4）定義實(shí)常數(shù)：在LINK8對(duì)話框中的AREA填入6126；其他單元不需。