ansys-鋼筋混凝土剪力墻非線性分析

碩士研究生學(xué)位課程講義（2006）通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用(八)主講：錢(qián)江

二OO六年四月十四日14April20061通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用碩士研究生學(xué)位課程講義（2006）第八講內(nèi)容提要10.鋼筋混凝土剪力墻非線性分析

二維平面單元應(yīng)用實(shí)例10.1非線性材料模型的定義10.2非線性求解過(guò)程基本參數(shù)的設(shè)定10.3如何解釋結(jié)果10.4作業(yè)中的幾個(gè)普遍問(wèn)題！14April20062通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用10.

鋼筋混凝土剪力墻非線性分析

用一系列的線性過(guò)程逼近結(jié)構(gòu)剛度的改變過(guò)程；當(dāng)上述線性逼近過(guò)程偏離實(shí)際過(guò)遠(yuǎn)時(shí)，采取某種疊代過(guò)程進(jìn)行修正，以保證結(jié)果在控制的精度內(nèi)；即使如此，也不能保證所有的非線性問(wèn)題都能順利求解！非線性問(wèn)題求解的基本策略14April20063通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用10.1非線性材料模型的定義彈塑性材料屬性的定義鋼筋混凝土材料Solid65單元屬性的定義June3,1996410.1非線性材料模型的定義定義彈塑性材料屬性的GUI命令操作執(zhí)行MainMenu>Preprocessor>MaterialModels

彈出材料模型定義對(duì)話框DefineMaterialModelBehavior，先定義線彈性材料屬性如下圖：線性、彈性、各向同性彈性模量、泊松比June3,1996510.1非線性材料模型的定義定義彈塑性材料屬性的GUI命令操作（續(xù)1）然后按下圖方式定義彈塑性材料屬性：選取非線性（Nonlinear）材料模型，非彈性（Inelastic），應(yīng)變率無(wú)關(guān)（RateIndependent）材料中運(yùn)動(dòng)強(qiáng)化彈塑性材料（KinematicHardeningPlasticity），應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系取雙線性模型。在材料參數(shù)輸入窗口中，填入屈服應(yīng)力值235MPa，塑性切線模量值2.1e10.非線性非彈性應(yīng)變率無(wú)關(guān)雙線性運(yùn)動(dòng)強(qiáng)化屈服應(yīng)力塑性切線模量June3,1996610.1非線性材料模型的定義定義彈塑性材料屬性的命令流（續(xù)2）!!!!!!定義線彈性材料屬性MP,EX,1,2.10E+11MP,DENS,1,7800MP,PRXY,1,0.3!!!!!!定義彈塑性材料屬性TB,BKIN,1,1,2,1!!!!!!塑性強(qiáng)化規(guī)則TBTEMP,0TBDATA,,2.35E6,2.10E10,,,,!!!!!!彈塑性參數(shù)June3,1996710.1非線性材料模型的定義定義混凝土材料屬性GUI命令操作（Solid65單元）先定義線彈性材料屬性，然后再定義混凝土材料屬性：選取非線性（Nonlinear）材料模型，非彈性（Inelastic），非金屬塑性材料（Non-metalPlasticity）,混凝土材料

（Concrete）。彈出混凝土材料屬性參數(shù)對(duì)話框。非線性非彈性非金屬塑性材料混凝土材料June3,1996810.1非線性材料模型的定義定義混凝土材料屬性GUI命令操作（續(xù)1）混凝土材料屬性參數(shù)對(duì)話框中各參數(shù)的物理意義：1）張開(kāi)裂縫剪力傳遞系數(shù)；2）閉合裂縫剪力傳遞系數(shù)；3）單軸抗拉強(qiáng)度；4）單軸抗壓強(qiáng)度；5）雙軸抗壓強(qiáng)度；6）與參數(shù)7、8聯(lián)合使用的圍壓值7）在參數(shù)6給定圍壓下的雙軸抗壓強(qiáng)度；8）在參數(shù)6給定圍壓下的單軸抗壓強(qiáng)度；9）受拉開(kāi)裂后的剛度折減因子。June3,1996910.1非線性材料模型的定義定義混凝土材料屬性的命令流（續(xù)2）!!!定義線彈性材料屬性mp,ex,1,1.54E+10mp,dens,1,2500mp,prxy,1,0.2!!!定義Solid65混凝土材料屬性TB,CONCR,1,!!指定混凝土材料TBTEMP,0TBDATA,,0,0,2.43e6,2.5e7,,,!!混凝土材料參數(shù)!!!!!!定義單元的Realconstant!!混凝土單元配筋狀況由實(shí)參數(shù)定R,1,2,0.1,0,0,2,0.2,RMORE,0,90,,,,,!!指定混凝土單元配筋狀況June3,19961010.2非線性求解過(guò)程基本參數(shù)的設(shè)定確定求解控制Solution>Sol’nControl.許多控制可以采用，但是常用如下：小或大變形時(shí)間和時(shí)間步或子步數(shù)輸出控制：1．

施加載荷。2．

保存數(shù)據(jù)庫(kù)。3．

求解。June3,19961110.4如何解釋結(jié)果June3,19961210.4作業(yè)中的幾個(gè)普遍問(wèn)題問(wèn)題1：如何恰當(dāng)?shù)亟o出實(shí)際工程問(wèn)題的邊界約束？問(wèn)題2：如何恰當(dāng)?shù)貏澐謫卧W(wǎng)格－分布形式、最低密度？June3,19961310.4作業(yè)中的幾個(gè)普遍問(wèn)題問(wèn)題1：如何恰當(dāng)?shù)亟o出實(shí)際工程問(wèn)題的邊界約束？（A）分別在兩個(gè)軸孔處形成平衡力系，連桿柄處計(jì)算結(jié)果可能偏離實(shí)際；（B）結(jié)果不對(duì)稱；（C）與（D）三個(gè)小凸臺(tái)處實(shí)際應(yīng)接近應(yīng)力自由，施加約束后會(huì)產(chǎn)生虛假的應(yīng)力分布。要點(diǎn)：給定問(wèn)題的應(yīng)力場(chǎng)是唯一的，故位移最多相差一常數(shù)，或相差一個(gè)剛體位移解。（A）（B）（C）（D）June3,19961410.4作業(yè)中的幾個(gè)普遍問(wèn)題問(wèn)題2：如何恰當(dāng)?shù)貏澐謫卧W(wǎng)格－分布形式、最低密度？由于沿對(duì)角線上網(wǎng)格的特殊分布形式，會(huì)不恰當(dāng)?shù)貜?qiáng)化這個(gè)區(qū)域變形、應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果！要點(diǎn)：沒(méi)有充分依據(jù)時(shí)，分網(wǎng)在任何方向上不應(yīng)有偏好！June3,199615——二維平面單元應(yīng)用實(shí)例10.鋼筋混凝土剪力墻非線性分析

構(gòu)件尺寸及材料特性說(shuō)明如下圖所示鋼筋混凝土雙肢剪力墻，材料參數(shù)統(tǒng)一取值如下：鋼筋：Es=2.11011N/m2，s=0.30，屈服強(qiáng)度y=2.35108N/m2混凝土：Ec=3.01010N/m2，c=0.20，

抗拉強(qiáng)度f(wàn)t=2.6106N/m2，軸心抗壓強(qiáng)度f(wàn)c

=2.5107N/m214April200616通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用二維平面單元應(yīng)用實(shí)例建模及計(jì)算規(guī)劃考慮混凝土與鋼筋不同材料特性及鋼筋分布對(duì)構(gòu)件變形計(jì)算結(jié)果的影響，考慮材料非線性，采用彈塑性材料模型；假定構(gòu)件處于平面應(yīng)力狀態(tài)；底梁及頂梁加厚處通過(guò)加大材料模量的方式模擬；非線性分析疊加原理不成立，墻肢軸壓作用效應(yīng)對(duì)結(jié)果有影響（模擬高層結(jié)構(gòu)自重效果）；可以采用二種計(jì)算模型進(jìn)行比較：模型1：均勻化鋼筋混凝土模型（等效模量法）；模型2：離散的鋼筋混凝土模型（分離式），可反映配筋位置的影響。單元?jiǎng)澐郑捍_定最低網(wǎng)格密度！14April200617通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用模型1：等效模量法二維平面單元單元應(yīng)用實(shí)例（續(xù)1）墻肢X向配筋率：1.0%；Y向配筋率：1.5%；雙向平均取1.3%；連梁X向配筋率：2.9%；Y向配筋率：0.7%；雙向平均取2.0%；單元選擇：混凝土采用PLANE42單元模擬;

頂部加載端加強(qiáng)部位及底梁均認(rèn)為近似于剛性，用人為增大材料彈性模量的方法模擬；頂梁可取厚度比200/70作為增大系數(shù)；底梁可取厚度比300/70作為增大系數(shù)，或統(tǒng)一地取增大系數(shù)為4。14April200618通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用模型2：離散化模擬二維平面單元單元應(yīng)用實(shí)例（續(xù)2）單元選擇：混凝土采用PLANE42單元模擬，鋼筋采用Link1單元模擬;頂部加載端加強(qiáng)部位及底梁均認(rèn)為近似于剛性，用人為增大材料彈性模量的方法模擬；14April200619通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用雙肢剪力墻建模過(guò)程實(shí)例—命令流!!!!!!用命令流生成ANSYS課教學(xué)練習(xí)-5計(jì)算模型!!!!!!模型1：等效模量法/prep7

!!!!!!定義單元類別ET,1,PLANE42!!!!!!墻肢單元KEYOPT,1,3,3ET,2,PLANE42!!!!!!連梁?jiǎn)卧狵EYOPT,2,3,3ET,3,PLANE42!!!!!!頂、底梁剛度強(qiáng)化區(qū)單元KEYOPT,3,3,3!!!!!!定義材料屬性mp,ex,1,3.23E+10!!!!!!墻肢混凝土M01mp,dens,1,2570mp,prxy,1,0.2!!!

TB,BKIN,1,1,2,1!!!!!!塑性強(qiáng)化規(guī)則TBTEMP,0TBDATA,,5.62E6,2.10E10,,,,!!!!!!彈塑性參數(shù)14April200620通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用雙肢剪力墻計(jì)算過(guò)程實(shí)例—命令流mp,ex,2,3.36E+10!!!!!!連梁混凝土M02mp,dens,2,2610mp,prxy,2,0.3!!!

TB,BKIN,2,1,2,1!!!!!!塑性強(qiáng)化規(guī)則TBTEMP,0TBDATA,,7.274E6,2.10E10,,,,!!!!!!彈塑性參數(shù)mp,ex,3,1.20E+9!!!!!!頂、底梁剛度強(qiáng)化區(qū)混凝土M03mp,dens,3,2500mp,prxy,3,0.214April200621通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用雙肢剪力墻計(jì)算過(guò)程實(shí)例—命令流（時(shí)程分析）!!!!!!時(shí)程分析命令流!!!*set,st,0.01*set,endpoint,100*dim,xforce,array,endpoint*vread,xforce(1),Seismic_x,txt(7F10.5)*VOPER,xforce(1),xforce(1),MULT,9.8,,,14April200622通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用雙肢剪力墻計(jì)算過(guò)程實(shí)例—命令流（時(shí)程分析）!!!!!!時(shí)程分析命令流（續(xù)）!!!/SOLU!*ANTYPE,4TRNOPT,FULL!**dim,shijian,array,endpoint*vfill,shijian(1),ramp,st,stNtm_star=1Ntm_end=100Ntm_incr=1*DO,Ntm,Ntm_star,Ntm_end,Ntm_incrTIME,shijian(Ntm)ACEL,xforce(Ntm),yforce(Ntm),NSEL,ALL!!!LSWRITE,NtmSOLVE*ENDDO14April200623通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用碩士研究生學(xué)位課程講義（2006）謝謝各位!14April200624通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用碩士研究生學(xué)位課程講義（2006）14April200625通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用建模及計(jì)算規(guī)劃（續(xù)1）三維實(shí)體單元單元應(yīng)用實(shí)例（續(xù)）單元選擇：三個(gè)模型混凝土采均用Solid65單元，但材料模型有別;對(duì)模型1，取混凝土抗拉強(qiáng)度作為材料屈服應(yīng)力；

對(duì)模型2，需計(jì)算確定墻肢及連梁配筋率；

單元?jiǎng)澐郑捍_定最低網(wǎng)格密度！14April200626通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用鋼筋混凝土核心筒體建模過(guò)程實(shí)例—命令流-1!!!!!!用命令流生成ANSYS課教學(xué)練習(xí)-9計(jì)算模型!!!!/prep7

!!!!!!定義單元類別ET,1,Solid65!!!!!!腹墻片墻肢單元ET,2,Solid65!!!!!!腹墻片連梁?jiǎn)卧狤T,3,Solid65!!!!!!兩翼墻片墻肢單元ET,4,Solid65!!!!!!兩翼墻片連梁?jiǎn)卧狤T,5,Solid65!!!!!!筒體角部單元ET,6,Solid65!!!!!!剛性頂梁?jiǎn)卧?!!!!!定義材料屬性!!!!!!線彈性屬性mp,ex,1,1.54E+10!!!!!!混凝土M01mp,dens,1,2570mp,prxy,1,0.2mp,ex,2,2.06E+11!!!!!!鋼筋M02mp,dens,2,7800mp,prxy,2,0.3mp,ex,1,1.54E+13!!!!!!剛性頂梁混凝土M03mp,dens,1,2570mp,prxy,1,0.214April200627通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用鋼筋混凝土核心筒體建模過(guò)程實(shí)例—命令流-2!!!!!!用命令流生成ANSYS課教學(xué)練習(xí)-9計(jì)算模型/prep7