第26卷 第9期2010年5月

甘肃科技

Vol.26 No.9May. 2010

利用ANSYS-Solid65单元对钢筋混凝土梁非线性分析

左继国,姚俊娜

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(1.兰州交通大学,甘肃兰州730070;2.兰州大学,甘肃兰州730000)

摘 要:讨论了在有限元软件ANSYS中用于分析混凝土材料的Solid65单元;详细介绍了混凝土和钢筋共同工作时相互连接的处理和建模建立的方法,利用Solid65单元对钢筋混凝土简支梁进行了分析。分析结果显示,用Solid65单元模拟钢筋混凝土材料所得到的荷载一位移曲线形状,能较好地反映钢筋混凝土梁破坏的力学特征。关键词:钢筋混凝土;Solid65单元;非线性有限元中图分类号:TU573

钢筋混凝土结构是目前最为广泛的结构之一,其材料非线性与几何非线性常同时存在,用传统的

方法来分析和描述难度非常大。为了解混凝土结构的受力机理和破坏过程,在大型有限元软件ANSYS中,专门设置了Solid65单元来模拟混凝土或钢筋混凝土结构,提供了很多缺省参数,从而为使用者提供了很大的方便。

2)积分点上出现裂缝之后,通过调整材料属性来模拟开裂。裂缝的处理形式上,采用 分布裂缝!而非 离散裂缝!。

3)假设混凝土最初是各向同性材料。4)除了开裂和压碎之外,混凝土也会塑性变形,常采用Drucker-Prager屈服面模型模拟其塑性行为的应力应变关系。在这种情况下,一般在假设开裂和压碎之前,塑性变形已经完成。1.3 使用方法

在实际使用中,要为Solid65单元提供以下数据。

1)实参数:设定Solid65单元在三维空问各个方向的钢筋材料编号、位置、角度和配筋率。对于剪力墙、楼板结构等钢筋分布比较密集而又均匀的构件,一般使用整体式钢筋混凝土模型;在箍筋布置不均匀的模型中,可将纵筋密集的区域设置为不同的体,使用带筋的Solid65单元,而无纵筋区则设置为无筋Solid65单元。这样就可以将钢筋区域缩小,接近真实的工程情况

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1 Solid65单元

Solid65单元是专为混凝土、岩石等抗压能力远大于抗拉能力的非均匀材料开发的单元。它可以模拟混凝土中的加强钢筋(或玻璃纤维、型钢等),以及材料的拉裂和压溃现象。Solid65单元本身包含两部分:(1)和一般的8节点空间实体单元Solid45相同的实体单元模型,但是加入了混凝土的三维强度准则。(2)由弥散钢筋单元组成的整体式钢筋模型,它可以在三维空间的不同方向分别设定钢筋的位置、角度、配筋率等参数。1.1 材料本构模型

1.1.1 材料非线性本构模型

Solid65单元可以使用的本构关系有等强硬化模型(multilinearisotropichardening)、随动硬化模型(multilinearkinematichardening)和Drucker-Prager模型(D P模型)。在任一应力水平情况下,弹塑性应变增量和应力增量之间的关系近似地表示为线性关系:{ }=[D]{ }。1.1.2 钢筋本构模型

钢筋一般采用双线性理想弹塑性模型,应力应

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变关系为: s 。y, s=Es s; s> y, s=fy1.2 几点假设

。

2)材料模型:设定混凝土和钢筋材料的弹性模量、泊松比、密度。

3)数据表:给定钢筋和混凝土的本构关系。对于钢筋材料,一般需要给定一个应力应变关系的数

据表,如双折线等强硬化或随动硬化模型等。对于混凝土模型,则需要两个数据表。一个是本构关系的数据表,比如,使用多线性随动强化塑性模型或者D P塑性模型等,用来定义混凝土的应力应变关系。另一个则是Solid65特有的混凝土数据表,用于定义混凝土的强度准则,譬如单向和多向拉压强度