基于ANSYS的钢筋混凝土浅梁单调加载变形的数值模拟.pdf

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1、第2卷第3期V0I．2NO．32010年9月Sep．2010基于ANSYS的钢筋混凝土浅梁单调加载变形的数值模拟李文华赵彦革张吉潘宁杜文博方伟(1．山东莱钢建设有限公司，青岛266071；2．中国建筑科学研究院，北京l00013)【摘要】本文对当前钢筋混凝土梁的有限元模拟进行了概述，以Bresler等人所做试验中两根分别以剪压与弯曲形式破坏的浅梁为研究对象，采用不同的有限元模型及本构模型对其进行了加载过程数值模拟。将数值分析结果与试验结果进行了对比分析，给出差异产生的可能原因，并指出可优选的有限元模型与本构模型；提出梁的极限荷载应结合压区混凝土应变与拉区纵筋拉应力

2、取定，而不能简单取为非线性求解不收敛时施加的荷栽值；以单因素分析的方法对影响求解的主要参数的敏感性进行研究。所得结论将有助于推进钢筋混凝土梁数值模拟时参数设置的标准化。【关键词】ANSYS；浅梁；加载一变形；数值模拟；标准化【中图分类号】TU375．1【文献标志码】A【文章编号】1674—7461(20lO】03—0083—08果与试验结果接近，此时得出的参数值很难具有普1引言适性。而数值模拟研究工作最终所需要达到的目标，是得出一套比较标准化的参数设置方法去指导1967年，Scordelis等人首次将有限元法引入数值分析，通过数值分析或者辅以少量的类似于材钢筋混凝

3、土梁构件的分析。通过数值模拟(或叫做料强度的标定试验工作后，就能对结构或构件的性仿真分析)的方法对结构和构件的力学性能进行分能进行预估，并且估计值的可靠度是可接受的。本析研究，与传统的试验分析方法相比，在资源的耗文在借鉴这些文献中的做法后，对钢筋混凝土浅梁费等方面，都具有明显的优势。国内外的学者在混的加载变形过程数值模拟方法做了进一步的研究，凝土梁的有限元分析方面做了大量的工作，初期的对影响计算的主要影响因素做了较全面的对比分研究者有不少通过自编的程序和算法，采用较多析。建筑结构中浅梁的破坏形式有多种，如斜拉破的简化后(比如采用平面单元等)，对梁进行分析并坏、剪压

4、破坏、弯曲破坏等，当梁的破坏机理存在不取得了一些初步成果。近些年，随着大型通用有限同时，能不能采用相同的参数设置对其进行分析，元软件ANSYS等的发展，由于单元、材料、加载方式也是本文探索的问题。都是开放的，能采用三维的实体单元建模，研究者们无需繁琐的编程，完全可以使用该软件量身制作2分析模型分析问题的模型，所以在建筑结构、构件的数值模拟中应用越来越广泛，也发表了大量的研究文2．1有限元模型及单元选择献卜。但文献中通常只是针对某个试验结果，分析选用的单元与所选有限元模型紧密相关，采用单一的有限元模型进行分析，对多模型计算对以往文献中的有限元模型以分离式和整体式为主

5、。比及影响参数进行详细对比研究的尚不多。研究ANSYS公司在最新版本(12．0版本)中推出了组合方法大多基于试验取得的数据，反复调整有限元模单元，基于该单元可使用组合式模型对结构和构件型输入参数进行试算，最终使得有限元分析数值结进行分析。【作者简介】李文华(1983一)，男，硕士，工程帅。目前从事建筑结构设计工作。E-mail：1whchina520@126．COnl84a)分离式b)整体式c)组合式图1钢筋混凝土梁的有限元模型2．1．1分离式模型只能是完全变形协调，目前的实体基单元还不包钢筋与混凝土采用不同单元分别建模(如图括solid65单元，也就是说，软件暂

6、时无法自动考虑la))。该模型的优点是可以准确的考虑钢筋的位开裂与压碎。置，在精细的有限元分析中该优点则更为突出，比在本文中，考虑到组合式模型还不完善，尚需如需考虑钢筋与混凝土之间的相对滑移影响时，可自定义材料，所以对比分析时只针对前两种有限元通过在钢筋与混凝土单元之间植入连接单元实现；分析模型，使两者在单元网格尺寸等条件相同的情缺点是建模工作量大，且计算较耗时。况下，以试验记录数据为对比对象，通过对比分析模型中不论受拉纵筋、受压筋还是箍筋，均可研究两者用于加载变形过程模拟的有限元模型的按一维构件建模。通常情况下，由于其截面比较可靠性与效率。小，可不考虑其抗弯性能

7、_2j，所以分析时较多的选2．2材料模型用PIPE或LINK系列单元(杆单元)。混凝土基本2．2．1钢筋上都选择ANSYS软件内置的SOLID65单元建模，加载变形过程模拟分析时应当考虑钢筋的塑因为该单元除了具备一般实体单元SOLID45的特性性能，常用的钢筋非线性模型有理想弹塑性和双性之外，还具有开裂、压碎功能，是单元库中最适合线性强化弹塑性模型。理想弹塑性模型计算结果于做混凝土结构非线性分析的单元。偏保守，本文是将计算结果与试验结果对比，故结2．1．2整体式模型合原试验情况，箍筋与受压筋采用双线性随动强化通过对单元刚度矩阵的处理，将钢筋和混凝土模型，梁底纵筋采

8、用多段线性