混凝土的ANSYS分析

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【原创】钢筋混凝土分离式建模方法(含ANSYS命令流)

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命令

一、简介

钢筋混凝土有限元建模的方法与结果评价(前后处理),是对钢筋混凝土结构进行数值模拟的重要步骤,能否把握模型的可行性、合理性,如何从计算结果中寻找规律,是有限元理论应用于实际工程的关键一环。Blackeage以自己做过的一组钢筋混凝土暗支撑剪力墙

的数值模拟为例,从若干方面提出一些经验与建议。希望大家一起讨论、批评指正(wang.jian@http://www.51wendang.com)。

程序:ANSYS 单元:SOLID65、BEAM188 建模方式:分离

暗支撑剪力墙结构由北京工业大学曹万林所提出,简言之就是一种在普通钢筋配筋情况下,加配斜向钢筋的剪力墙结构。

二、单元选择

以前经常采用的钢筋混凝土建模方法是通过SOLID65模拟混凝土,通过SOLID65的实常数指定钢筋配筋率,后来发现这种整体式的模型并不理想,而且将钢筋周围的SOLID65单元选择出来,再换算一个等效的配筋率,工作量也并不小。最关键的是采用整体式模型之后,得不出什么有意义的结论,弄一个荷载-位移曲线出来又和实验值差距比较大。只有计算的开裂荷载与实验还算是比较接近,但这个

手算也算得出来的东西费劲去装模作样的建个模型又有什么意义?

所以,这次我尝试采用分离式的模型,钢筋与混凝土单元分别建模,采用节点共享的方式。建模时发现,只要充分、灵活地运用APDL

的技巧,处理好钢筋与混凝土单元节点的位置,效率还是很高的。

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暗支撑剪力墙数值模型[/center]

看过很多的资料,分离式模型是用LINK8与SOLID65的组合方式,这样做到是非常直观,因为LINK8是spar类型的单元,每个节点有3个自由度,这与SOLID65单元单节点自由度数量是一致的。但是问题也就由此产生,当周围的混凝土开裂或是压碎时,SOLID65将不能对LINK8的节点提供足够地约束(如下图箭头方向),从而导致总刚矩阵小主元地出现影响计算精度,或者干脆形成瞬变体系导致计

算提前发散。

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LINK8+SOLID65的问题[/center]

如果采用梁单元模拟暗钢筋,就算包裹钢筋的混凝土破坏了,钢筋单元本身仍可对连接点提供一定的侧向刚度(其实钢筋本身就是有一定抗弯刚度的),保证计算进行下去。ANSYS中的梁单元比较多,建议选取beam188单元。beam188支持弹塑性分析、自定义截面。可以用内力计算结果按截面插值得出应力结果,这样,SOLID65+beam188不仅解决了SOLID65+beam188的小主元问题,而且可以方便地控

制钢筋单元的划分密度,也扩充了钢筋单元输出信息。

三、单元组合方式

将剪力墙中所有钢筋单元(包括暗柱、梁的纵、箍筋、暗支撑钢筋、暗支撑箍筋、暗分布筋)单独建模,为了能够与混凝土单元节

点共享,将混凝土单元细化,单元高度设为暗柱箍筋间距与墙片分布筋间距的最大公约数。

钢筋与混凝土单元节点共享。不考虑粘接-滑移影响。其实由于混凝土单元已经细化过了,钢筋周围的混凝土由于钢筋作用而开裂之

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