ANSYS中简支梁的模拟计算.doc

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1、通过大型有限元软件ANSYS对简支梁进行模拟计算下面以钢筋混凝土简支梁的ANSYS程序数值模拟的应用实例，对ANSYS程序的应用方法及模拟效果进行验证，梁的尺寸、配筋及荷载如图5-9所示。钢筋采用Ⅱ级钢，混凝土强度等级为C30。（a）、梁的几何尺寸及荷载示意图RCBEAM-01RCBEAM-02RCBEAM-03（b）、梁断面图图5-9梁尺寸、配筋及荷载示意图2.1单元类型（i）混凝土单元：采用ANSYS程序单元库中SOLID65单元。（ii）纵向钢筋：PIPE20（iii）横向箍筋：PIPE2

2、02.2材料性质（i）、混凝土材料表5-4混凝土材料的输入参数一览表[16~19]混凝土立方体抗压强度（）弹性模量（）泊松比单轴抗压强度（）单轴抗拉强度（）裂缝间剪力传递系数张开闭合30240000.2025.03.11250.350.75·单轴受压应力-应变曲线（曲线）在ANSYS程序分析中，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[17,18]：（5-30）式中取；（ii）、钢材：（a）、本构关系（应力应变曲线）在本算例中

3、，所有钢材，包括梁中纵向主筋、横向箍筋和钢支座垫板均采用理想弹塑性模型[9~16]，其应力-应变曲线见图5-10。表5-5钢材材性输入参数一览表纵向钢筋横向箍筋钢支座垫板受拉受压泊松比0.250.250.25（）（）360210210360说明图5-10钢材的应力-应变关系（b）、屈服准则和强化准则钢材的屈服准则选用双线性随动强化材料（BKIN）[8]。在ANSYS程序中，本算例中钢材的需要输入的参数为泊松比、弹性模量和屈服强度，钢材的输入参数见表5-6。2.3建立模型（a）、单元划分本算例中的

4、钢筋混凝土简支梁形状很规则，因此在ANSYS程序中采用了映射划分，所有实体单元都是正六面体单元。在加载点和支座处均加设40mm厚的钢垫板，以避免出现局压破坏。另外，在加载点和支座处的网格进行了细分，以考虑应力集中。模型的单元网格图见图5-13。（b）、约束条件图5-11模型的约束条件根据对称性，可取图5-9中的1/2模型进行有限元分析。相应的在ANSYS程序模型中的约束条件见图5-11。（c）、加载方式在本算例中，采用位移加载，即在加载点垫板中心施加一竖向位移，。在本算例中，没有考虑钢筋混凝土之

5、间的粘结滑移性能，将钢筋与混凝土视为完全固结。FEM模型图和钢筋网格图[1,3,5,6]见图5-12和图5-13所示。断面图配筋图断面图配筋图断面图配筋图RCBEAM-01RCBEAM-02RCBEAM-03图5-12各梁FEM模型断面图（a）单元网格图（b）钢筋单元划分图图5-13算例（一）的FEM模型图2.4模型求解在ANSYS程序中，对于非线性分析，求解步的设置很关键，对计算是否收敛关系很大，对于混凝土非线性有限元分析，在计算时间容许的情况下，较多的求解子步（Substeps）或较小的荷载

6、步和一个非常大的最大子步数更容易导致收敛[2]。在本算例中，设置了100个子步。最终本算例收敛成功，在CPU为P41.6G、内存为256MB的微机上计算，耗时约为8小时。2.5计算结果及分析2.5.1荷载—位移曲线图5-14为ANSYS程序所得到的各梁的荷载-跨中挠度曲线，从图中可以看出：（i）、梁RCBEAM-01：曲线形状能基本反映钢筋混凝土适筋梁剪切破坏的受力特点，而且荷载-跨中挠度曲线与钢筋混凝土梁的弯剪破坏形态非常类似，即当跨中弯矩最大截面的纵筋屈服后，由于裂缝的开展，压区混凝土的面积

7、逐渐减小，在荷载几乎不增加的情况下，压区混凝土所受的正应力和剪应力还在不断增加，当应力达到混凝土强度极限时，剪切破坏发生，荷载突然降低。(a)荷载P-跨中挠度曲线(a)弯矩M-跨中挠度曲线图5-14（a）荷载—跨中挠度曲线（RCBEAM-01）（ii）、梁RCBEAM-02：荷载-跨中挠度曲线与超筋梁的试验荷载-跨中挠度曲线很相似，在荷载达到极限情况下，没有出现屈服平台，而是突然跌落。极限弯矩值相对梁RCBEAM-01增加约30%，与受拉区配筋率的增加量（100%）相比要低，表明受拉区所增加的钢

8、筋没有完全发挥作用，与超筋梁类似。(a)荷载P-跨中挠度曲线(a)弯矩M-跨中挠度曲线图5-14（b）荷载—跨中挠度曲线（RCBEAM-02）（iii）、梁RCBEAM-03：荷载-跨中挠度曲线形状介于适筋梁与超筋梁的试验曲线之间，随着挠度的增加，荷载几乎成线性地增长，在荷载达到极限情况下，曲线出现一个较短的屈服平台，随后出现突然跌落情况。由于受拉区配筋量的加倍，极限弯矩值增加较大，相当于梁RCBEAM-01的两倍，表明受拉区所增加钢筋发挥了完全作用。(a)荷载P-跨中挠度曲线(a)弯矩M-跨中