基于ANSYS的鋼筋混凝土力學(xué)

基于ANSYS的鋼筋混凝土力學(xué)分析摘要本文介紹ANSYS模擬鋼筋混凝土梁的過(guò)程，討論了有限元模型的建立以及在ANSYS中的實(shí)現(xiàn)，給出了用分離式配筋方法對(duì)混凝土梁的分析的一般過(guò)程。并給出了詳細(xì)的命令流過(guò)程。并在此基礎(chǔ)上對(duì)混凝土梁進(jìn)行了分析，討論了在力的作用下混凝土梁的塑形變形和裂縫的發(fā)展過(guò)程。關(guān)鍵詞Ansys混凝土梁分離式配筋TheanalysisofmechanicsofareinforcedconcretebasedonANSYSAbstractThispaperintroducesANSYSsimulationofthereinforcedconcretebeamprocess,discussestheestablishmentofthefiniteelementmodelandtherealization,andgivestheANSYSreinforcementmethodwithseparatetheanalysisofconcretebeamsofthegeneralprocess.Andgivesthedetailedcommandflowprocess.Basedontheanalysisofconcretebeams,anddiscussedtheconcretebeamundertheactionofforcesofthebodydeformationandfractureprocess.KeywordsAnsysconcretebeamsreinforcedseparated1引言由于鋼筋混凝上材料性質(zhì)復(fù)雜，使其表現(xiàn)出明顯的非線性行為[1]。長(zhǎng)期以來(lái)采用線彈性理論的設(shè)計(jì)方法來(lái)研究鋼筋混凝上結(jié)構(gòu)的應(yīng)力或內(nèi)力，顯然不太合理，盡管有此理論是基于人量試驗(yàn)數(shù)據(jù)上的經(jīng)驗(yàn)公式，還是不能準(zhǔn)確反映混凝上的力學(xué)性能，特別是受力復(fù)雜的重要結(jié)構(gòu)，必須采用三維鋼筋混凝上非線性有限元方法才能很好地掌握其力學(xué)性能。利用ANSYS對(duì)鋼筋混凝上結(jié)構(gòu)彈塑性的仿真分析，可以對(duì)結(jié)構(gòu)自開始受荷載直到破壞的全過(guò)程進(jìn)行分析，獲得不同階段的受力性能。本文將以混凝土梁的彈塑性分析為例，介紹在Ansys中分析材料非線性問(wèn)題的具體實(shí)現(xiàn)方法。2問(wèn)題介紹如圖所示的鋼筋混凝土梁[2]，橫截面尺寸為,梁的跨度為，支座寬度為采用C20混凝土，梁內(nèi)受拉縱筋3φ20，架立筋采用2φ12，箍筋采用φ6@150，鋼筋保護(hù)層厚度為25mm。如圖一。圖一對(duì)于梁中所采用的所有鋼筋，彈性模量為，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，密度，泊松比為0.3。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB50010，混凝土的彈性模量為，混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為，軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為。相當(dāng)于峰值壓應(yīng)力（抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值）的應(yīng)變以及極限壓應(yīng)變分別為0.002和0.0033。分析梁的跨中截面發(fā)生5.0cm豎向位移時(shí)，梁內(nèi)的應(yīng)力分布以及總體變形情況。3建立分析模型下面按照實(shí)際操作的先后順序?qū)５木唧w步驟進(jìn)行介紹：第一步：分析環(huán)境設(shè)置指定分析的工作名稱為RC-BEAM。指定圖形顯示區(qū)域的標(biāo)題為ANALYSISOFARC-BEAM。第二步：進(jìn)入前處理器，開始建模和其他的前處理操作。嶺第三步：定義宜單元類型雨（轎1店）定義鋼筋單曠元類型。怨對(duì)于本問(wèn)題擬身采昌用斃LINK烘8側(cè)單元來(lái)模擬鋼削筋，因此在圖山二中窗口的左狐側(cè)選盤擇裂Struct語(yǔ)ureLi污n罩k尤，右側(cè)選綢擇月3Dspa緩r匯8止，單境擊慮Appl書y停按鈕，定義第凡一種單元類型述。圖二帳（錫2講）定義混凝土蟻單元類型。如經(jīng)圖三所示。圖三沖第四步：定義搞鋼筋截面面積仍（均在實(shí)常數(shù)對(duì)內(nèi)定義）浪定義箍筋面積壓。如圖四所示哲。圖四膊定義架立鋼筋差面積。如圖五置。圖五樓定義縱筋面積效。如圖六。圖六蒸第五步：定義沈混凝土單元實(shí)雪參數(shù)侄選擇菜單今項(xiàng)最MainM攤enu>pr提eproce伏ssor>r貼ealco傻nstant需,豬在放realc殲onstan統(tǒng)t呢s蒼對(duì)話框中，單懂擊炎ad功d數(shù)按鈕，在接下棚來(lái)的單元類型鹿對(duì)話框中，選穿擇炭type怨2撲，單涌擊薯O勺K云按鈕，彈螺出兼realc喇onstan懂tsset蔽numbe架r4,for虹solid兄6蛙5凱對(duì)話框，由于宗我們分析中采菌用分離式配筋懂方法鞏，因此定義一股個(gè)空的是參數(shù)攜集，單站擊翁O母K巡按鈕，關(guān)閉該語(yǔ)對(duì)話框。剖第六步：定義群鋼筋材料模型數(shù)。如圖七，八腳。圖七圖八嫁點(diǎn)擊窗口下邊極的惡Grap塞h雨按鈕，在圖九逝就將出現(xiàn)鋼筋薄應(yīng)吊力孫-姿應(yīng)變關(guān)系曲線歇。圖九夜第七步：定義訴混凝土的材料姿模型聽先定義彈性階臺(tái)段如圖十。圖十郊然后定義混凝獵土受壓應(yīng)力應(yīng)肯變關(guān)系數(shù)組。迅如圖十一。圖十一列繼續(xù)為混凝土扒定義強(qiáng)度準(zhǔn)則酸。如圖十二。圖十二莫注意：浴在上面混凝土枕的單軸抗壓強(qiáng)饞度一欄中填寫心了扇-套1扯，其意義為在比計(jì)算過(guò)程中不某考慮混凝土的剃受擠壓破壞。限此外，如在混鞭凝土的單軸抗腰拉強(qiáng)度一欄中億輸眾入封-偶1撫則表示在計(jì)算遙過(guò)程中混凝土筐不發(fā)生開裂破美環(huán)。是第八步：建立疲幾何模型驗(yàn)建立矩形。如歪圖十三。圖十三貨第九步：劃分齊混凝土梁的體喊網(wǎng)格盒為混凝土梁設(shè)膽置網(wǎng)格屬性后。如圖十四。圖十四弱指定梁的線段受劃分尺度銹。如圖十五。猜劃分斥線臥2末、婚5澡、扮4調(diào)、碑7齡的單元邊長(zhǎng)炮為衛(wèi)0.0聲5潑。劃分其他八耍條線的長(zhǎng)度徒為凱0.02號(hào)5析。懼（襯3旨）對(duì)體積劃分趣網(wǎng)格。如圖十咳六。圖十六競(jìng)第十步：建立片鋼筋單元建立箍筋單元鴿先建立第一圈戀箍筋單元鞭。如圖十七。圖十七擊然后通過(guò)復(fù)制斜建立所有的箍匙筋單元。如圖炭十八、十九。圖十八圖十九局建立縱筋單元獅和架立鋼筋單蜂元。如圖二十呼。圖二十魄第十一步：施鳴加約束條件。紹如圖二十一。圖二十一記第十二步：施絞加載荷。如圖參二十二。圖二十二個(gè)4致哨分析及后處理階第一步：進(jìn)入恭求解器市第二步：求解倚選項(xiàng)設(shè)置歸設(shè)定分析類型腦為靜力分析。全如圖二十三。圖二十三分析選項(xiàng)設(shè)置脫打開大變形選溪項(xiàng)。腔Newton桂-透Raphso扇n仿選項(xiàng)。會(huì)選擇求解器父為災(zāi)Spars破e建。半設(shè)置載荷步結(jié)墓束時(shí)間和子載喚荷步。如圖二尖十四。圖二十四嫁設(shè)置收斂準(zhǔn)則斑。如圖二十五串。圖二十五為設(shè)置平衡迭代喉次數(shù)。如圖二癢十六。圖二十六牌（六）打開預(yù)刊測(cè)開關(guān)。如圖采二十七。圖二十七刊（七）結(jié)果文牙件輸出設(shè)置。丟如圖二十八。圖二十八厲第三步：求解攏。在此過(guò)程中息會(huì)看到計(jì)算收子斂曲線如圖二掌十九。圖二十九似第四步：退出瓶求解器粥第五步：進(jìn)入籠通用后處理器皺讀取計(jì)算結(jié)果攝第六步：繪制據(jù)結(jié)構(gòu)變形圖肝首先設(shè)置位移慨縮放系數(shù)為一食百。如圖三十津。圖三十榮繪制結(jié)構(gòu)變形經(jīng)圖。如圖三十末一。圖三十一用繪制梁的撓度停等值線圖。如淚圖三十二。圖三十二構(gòu)第七步：繪制刮混凝土開裂圖狀顯示設(shè)備設(shè)置漠。如圖三十三伯。圖三十三奇繪制開裂圖。疏如圖三十四。圖三十四要5編鳥命令流過(guò)程翁/filEn緒ame,RC眉-BEAM保/TITLE甩,ANALY夠SISOF懇ARC-撿BEAM卻/PREP7掛北ET,1,L炕INK8肥異ET,2,S憶OLID65加R,1,28貢.3E-6,補(bǔ),輛R,2,11斧3.1E-6蠢,,爽R,3,31碼4.1E-6艙,,R,4,心MP,EX,弟1,2.1E烘11抽MP,PRX牧Y,1,0.名3躁TB,BKI債N,1,1,沒(méi)2,1置TBDATA葛,,2.1E遲8,0.0花板MP,EX,曉2,2.55身E10慰MP,PRX踢Y,2,0.喪3摩TB,KIN距H,2,1,復(fù)8,紀(jì)TBTEMP傭,0杜TBPT,,膠0.0001避,2.55E堂6鼻TBPT,,績(jī)0.0003鴉,2.664包E6肺TBPT,,魄0.0006疑,4.896誠(chéng)E6幼TBPT,,再0.0009顆,6.696劇E6瑞TBPT,,淚0.0012擱,8.064滴E6震TBPT,,房0.0016話,9.216謎E6液TBPT,,幣0.002,請(qǐng)9.6E6蝕掉TBPT,,覆0.0033緩,9.6E6浪眨TB,CON摸C,2,1,云9,爛TBDATA獎(jiǎng),,0.3,認(rèn)0.55,1萌.5E6,-肺1址BLOCK,松0.0,3.蕉0,0.0,鳴0.4,0.偵0,-0.2皆然/VIEW,話1,1,2,襪3怠/REP,F攝AST絨LPLOT精帶/PNUM,波LINE,1素/REPLO悶T償VATT,2驗(yàn),4,2義LSEL,S孟,LINE,型,4,5,1漏LSEL,A捕,LINE,免,2,7,5御LESIZE呢,ALL,0曠.05淘LSEL,I某NVE私LESIZE錘,ALL,0始.025受LSEL,A蜂LL巴VMESH,金ALL籍NSEL,S層,LOC,X債,0.125背,0.175NPLOT顆/VIEW,艦1,1宏/REP,F鋪AST圾/PNUM,認(rèn)NODE,1券/REPLO秩TTYPE,1MAT,1REAL,1丸*do,i,御3349,3守354,1帥e,I,I+述1*ENDDO蘭*do,i,故3355,3漢446,7久e,I,I+輝7*ENDDO疏*do,i,塌3452,3白447,-1目e,I+1,薪I*ENDDO球*do,i,預(yù)3447,3屆356,-7區(qū)e,I,I-掩7*ENDDO外ESEL,S把,TYPE,古,1鴉EGEN,1瓜9,315,喂ALL,,,挎,,,,,0話.15,0.雙0,0.0,鍵ALLSEL畝,ALLTYPE,1MAT,1REAL,2但*do,i,視3145,9惜130,10扣5房e,I,I+籮105*ENDDO攪esel,r劉,real,竊,2拼EGEN,3美,-3,AL查L(zhǎng),,,,,希,,,0.0庫(kù),0.0,-疑0.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