基于ANSYS的钢—混凝土组合桥面板非线性行为分析
利用ANSYS-Solid65单元对钢筋混凝土梁非线性分析
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 ， 大型有 限 元软 件 Ａ Ｓ Ｓ 在 Ｎ Ｙ
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 ， 凝 土 也 会 塑 性 变 ） 混
定义混凝土的强度准则 ， 譬如单向和多向拉压强度 等等。由于混凝土材料 的复杂性 ， 混凝土的强度准
第 ９期
左继 国等 ： 利用 Ａ Ｓ Ｓ—Ｓｌ ６ 元对 钢筋 混凝 土梁 非线 性分 析 ＮＹ ｏｉ ５单 ｄ
１１ ０
则有 考虑 １～ ５个 参 数 的 多 种方 法 。一 般 来 说 ， 强 度 准则 的参数 越 多 ， 混凝 土强 度 性 能 的描 述 就 越 对 准确 。Ｓｌ６ ｏｉ ５单 元 采 用 的 Ｗｉｉｍ Ｗａ ｅ ｄ ｌａ － ｍｋ５参 数 ｌ 强度模 型 ， 中需 要 的 材 料参 数 有 ： 轴 抗 拉 强 度 ， 其 单 单轴 、 双轴 抗压 强 度 ， 水 压力 ， 静 在静 水 压 力 作 用 置 不 均 在
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 ．．
匀 的模 型 中 ， 纵筋 密集 的区域设 置为不 同 的体 ， 可将 使用 带筋 的 Ｓｌ６ ｏｄ５单元 ， ｉ 而无纵 筋 区则设 置 为无筋
形， 常采用 Ｄ ｕ ｋｒ ｒｇｒ 服 面模 型模 拟其 塑性 ｒｃｅ —Ｐａｅ 屈 行 为 的应力应 变关 系 。在这 种 情 况下 ， 般 在 假设 一
ANSYS对钢筋混凝土梁的非线性分析
111 材料本构模型
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 (multilinear isotrop ic hardening) 、随动 硬化模型 (multilinear kinematic hardening)和 D rucker - Prager 模型 (D - P模型 ) 。在任一应力水平情况下 , 弹塑性应变增
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 。
113 使用方法
在实 际 应 用 中 , 一 般 需 要 为 Solid65 单 元 提 供 以 下
数据 。
1) 实参数 : 设定 Solid65 单元在三维空间各个方向的
钢筋材料编号 、位置 、角度和配筋率 。对于剪力墙 、楼板
参考文献 :
[ 1 ] 陈惠发. 土木工程材料的本构方程 [M ]. 武汉 : 华中科技 大学出版社 , 2001: 192.
[ 2 ] 吕西林 , 金国芳 , 吴晓涵. 钢筋混凝土结构非线性有限元理 论与应用 [M ]. 上海 : 同济大学出版社 , 1997: 72.
[ 3 ] 张 立 明. A lgor、Ansys 在 桥 梁 工 程 中 的 应 用 方 法 与 实 例 [M ]. 北京 ; 人民交通出版社 , 2003: 42～43.
28
图 3 混凝土本构关系
3) 钢筋 E = 211 ×105M Pa, V = 013。 钢筋的直径为 16mm , 钢筋间横向间距为 40mm , 竖向 间距为 20mm。 另外 , 混凝土的张开裂缝的剪切传递系数为 017, 闭合 裂缝的剪切传递系数为 1。 由于对称性 , 只需建立 1 /2 模型即可 , 在对称面上可
ANSYS-6-非线性分析应用
第六章 钢筋混凝土结构非线性分析应用§6.1截面非线性分析例 1: 钢筋混凝土单筋矩形截面，混凝土和钢筋的应力-应变关系选自CEB 模型规范（1990），见下图6-1-1，图 6.1-1 截面和材料应力-应变关系极限弯矩 M u : 用弧长法对截面进行全过程分析，对给定的弯矩M y , 计算相应的截面应变平面({}[]T z y ϑϑεε0=).计算不平衡弯矩及相应的应变平面增量，直至满足收敛条件。
再增加弯矩∆M y , 计算相应的应变平面增量，等等，图6-1-2为截面弯矩-曲率关系曲线。
图 6.1-2 弯矩-曲率关系曲线 例2: 采用不同应力-应变关系（EC2规范, CEB 规范），钢筋混凝土矩形截面的几何尺寸和配筋同例1，非线性分析结果见图6-1-4。
力-应变关系随应变而逐渐的降低，截面刚度降低的也比较缓慢。
图 6.1-4 CEB 规范与EC2 规范建议的应力-应变关系截面分析结果比较例 3: 异形截面非线性分析. 此例Georg Knittel [32]计算过，Knittel 选择的材料应力应变关系取自德国规范DIN 1045(见图 6.1-5). 截面形状和尺寸见图6.1-6. Knittel 分析的截面极限承载力为，{}{}N M M y z T T=--005026000075... 相应的应变矢量为，{}{}{}TT z y 009343.0006976.0004359.00--==ϑϑεε. 用弧长法分析时取的参照荷载值为，{}{}N M M yz T T =--00050026000075... 截面极限荷载为，{}{}N M M y z T T =--004991490263211600076718...(a) DIN 1045建议的混凝土应力-应变关系 (b) DIN 1045建议的钢筋应力-应变关系图 6.1-5 DIN 1045规范建议的应力-应变关系图 6.1-6 钢筋混凝土柱截面图 6.1-7 极限状态时混凝土压应力分布图 6.1-8 弯矩-曲率(M y- y) 关系曲线§6.2 受弯和偏压构件非线性分析6.2.1 简化计算利用虚功原理计算荷载挠度曲线：设两点集中加载简支梁，弯矩图、曲率分布图如下，图6-2-1 梁内力与变形取支撑条件相同的简支梁为虚梁，拟求跨中挠度，在虚梁跨中施加单位荷载（求转角加单位力矩）。
【ANSYS非线性分析】6-非线性分析应用
§
例1:钢筋混凝土单筋矩形截面，混凝土和钢筋的应力-应变关系选自CEB模型规范（1990），见下图6-1-1，
图6.1-1截面和材料应力-应变关系
极限弯矩Mu:用弧长法对截面进行全过程分析，对给定的弯矩My,计算相应的截面应变平面( ).计算不平衡弯矩及相应的应变平面增量，直至满足收敛条件。再增加弯矩My,计算相应的应变平面增量，等等，图6-1-2为截面弯矩-曲率关系曲线。
计算结果及分析
荷载-挠度曲线的有限元结果与试验结果对比见图6-3-9～10。
图6-3-9试件L1的荷载-挠度曲线
图6-3-10试件L2的荷载-挠度曲线
§6.4《混凝土结构设计规范》建议的结构分析方法
6.4.1结构分析的基本原则
结构设计当前存在的主要问题是：注意构件层次的研究多,对结构体系的研究成果较少，而结构在各种作用下的效应分析，是进行结构设计的依据，为此，《混凝土结构设计规范》（GBJ50010-2002） 新增了“结构分析”一章，使混凝土结构从分析到设计都能在规范的指导下进行。
图6-2-2虚梁弯矩图
由虚功原理：虚梁单位外力对实梁变形所做的功等于虚梁内力对实梁相应变形所做的功之和。忽略剪力、轴力对变形的影响，
实梁跨中挠度:
下图对应的实梁，支座端A的转角为，
图6-2-3虚梁法求位移
6.2.2有限元分析
例1:比较单元积分取3个和5个高斯点对钢筋混凝土结构分析结果的影响。简支梁作用集中荷载，单元划分及节点自由度见图6-2-5，梁截面尺寸及材料应力-应变关系同例1。
8. 非杆系的二维或三维结构可采用弹性理论分析、有限元分析或试验方法确定其弹性应力分布，根据主拉应力图形的面积确定所需的配筋量和布置，并按多轴应力状态验算混凝土的强度。混凝土的多轴强度和破坏准则可按附录C的规定计算。
利用ANSYS对钢筋混凝土结构的非线性分析
． 用 多线性 等 向强 化模 型 ＭＩＯ模 拟 ， 升段 采用 Ｇ ０ １ — ０ ３ １ 非预 应 力钢 筋混凝 土 梁非线性 分析 Ｓ 上 Ｂ ５０ ０２ ２ ０ 本文梁截面尺寸为 １０ｉ ｑ ２０ｍＴ× ０ ｌ， ２ ｎ × ４ ｌ ３７０ｍｎ 两端采用铰 ｎ ｌ 规 定的公式 ， 降段 采用 Ｅ・Ｈ ｇｅｔ 下 ｏｎ ｓ ｄ建议 的模 型 ， 图 １所 ａ 如
２ １ 网 格 划 分 ．
结构分析 中网格 的疏密及形状对 结果 的好 坏影响很 大 ， 时 有 还会导致计算错误 。 由于本 文为 矩形截 面梁 ， 状规则 ， 形 用控 制
ＳＺ ０ｍ ７ 划分 成六 面体等 参 性材料 ， 以对预应力 和非预应力钢筋混 凝土结 构进行非 线性 分 边长 Ｅ ＩＥ＝５ ｍ划分后 约 １７６个单元 ， 所 单元计算结果较好 。 析 时都属 于材料非线 性 的问题 。Ａ Ｓ Ｓ分 析软件 中有 很多单 ＮＹ
满足工 程设 计 中的精 度 ， 预应力 筋采用 ３ —ｉ ８单元 模拟 ， 粘 ３ 计 算 示例 Ｄ Ｌｎ ｋ 有 用 Ａ Ｓ Ｓ分别对预应力和非 预应力钢 筋混凝土 矩形梁进 行 ＮＹ 结 预应 力筋的预应力采用 降温法 和初应变法分别计算分析 。
１ ２ 本 构关 系的选择 ．
了非线性分析 ， 对计算结果与理论值进行 了比较 ， 并绘制 出跨 中危
从中可以看 出｛ 凝 土开裂荷 载、 昆 钢筋屈服荷 混凝土为弹 塑性 材料 ， 考虑 其非线 性 的影 响 ， 需 分析 时采 用 险点的荷载 位移 曲线 ， 载， 限荷载及相应的跨 中位移值 ， 极 计算 中不考虑 自重的影响。 Ｗｉａ Ｗａｎ ｅ 破坏 准则 ， ｌｍ— ｒｋ ｒ ｌ 混凝 土单 轴 向受压应力一应 变 曲线 采
钢筋混凝土梁的有限元非线性分析
钢筋混凝土桥梁的ansys有限元非线性分析摘要：介绍大型有限元软件Ansys中用于混凝土材料的Solid65单元，分析混凝土和钢筋共同作用时候的建模方法以及相互连接的处理，利用Solid65单元对钢筋混凝土简支梁进行非线性分析。
通过Solid65单元模拟混凝土材料所的的结果，可以较好的反映钢筋混凝土的非线性力学特征。
关键词：非线性；;Ansys；Solid65单元；钢筋混凝土；有限元；1 非线性1.1定义桥梁结构的非线性问题可分为两大类, 第1 类为材料非线性问题, 第2 类为几何非线性问题。
尽管许多桥梁结构分析问题可以用线性分析方法来近似, 但是如果桥梁结构存在明显的非线性特征, 就需要对其进行非线性分析。
在单纯的材料非线性问题中, 假定结构位移微小, 位移与应变的几何关系是线性的, 而应力与应变关系是非线性的。
材料非线性特点是随着荷载的增加, 构上应力大的点首先达到屈服强度, 发生屈服而使结构进入弹塑性状态。
这时虽然部分材料已进入塑性状态, 但相当大部分仍处于弹性范围,因而结构仍可继续承载, 直至塑性部分进一步扩展而发生结构的崩溃。
在实际工程设计中, 这种允许材料进入塑性的结构分析称为材料非线性分析。
极限状态设计所关心的不是荷载作用下结构弹塑性的演变历程, 而是结构出现塑性变形直到崩溃时所能承受的最大荷载, 然后考虑结构应有足够的安全储备, 以此作为设计依据显然较全弹性设计更经济合理。
几何非线性指的是结构的平衡状态在其发生一定的位移之后会相应的发生变化, 结构的平衡均应建立在其变形后的位置之上, 这就是几何非线性理论。
也就是说, 结构的平衡状态在它发生一定的位移之后会发生变化, 而且这种位移一般是大位移,即结构的刚度矩阵是几何变形的函数。
1.2结构非线性分析的方法( 1) 增量法。
把总荷载分成m 个增量步, 对于每级荷载增量, 刚度为常量, 即把刚度方程分段线性化。
增量法求解比较简单, 但存在误差累计问题。
钢纤维混凝土梁非线性分析在ANSYS中的实现
型 ,但加入了混凝土的三维强度准则 , 可通过定义
3 个方向的配筋率考虑 3 个方向的钢筋 . Concrete
材料可通过选取非线性模型考虑塑性变形和徐变 ,
Concrete 材料模型的基本参数有开裂截面和裂缝闭
钢筋作为一种金属材料 , 其力学模型相对容易 把握 , 一般采用双线理想弹塑性模型 , 应力应变关
( School of Civil and Architectural Engineering ,Wuhan University ,Wuhan 430072 ,China)
Abstract : In t his paper , t he constit utive models of concrete and reinforcement , as well as t he properties of t heir element and t he models of FEA are discussed. Models are created in APDL language ; and nonlinear analysis for reinforced concrete beams containing steel fibers is carried out by using t he large general st ruct ural analysis software ANS YS. If Solid65 is used toget her wit h ot her element s in ANS YS , and proper constit utive equation and failure criteria of concrete are adopted , t he simulated result s correspond well to t he experimental result s. Key words : ANS YS ; steel fiber reinforced concrete ; beams ; nonlinear analysis
基于ANSYS的钢筋混凝土梁非线性分析若干问题研究
２０ １ １ ４月 年
水利 与建 筑工程 学报
０ ｆⅥ ｔｒＲｅｏ ｒｅ ｎ ｃ ｅ ｔｒ ］ ｅ ｓ ｕ ｃ ｓａ ｄ Ａｒ￣ｔｃｕ ａ
Ｖ０ ． ｏ ２ １９ Ｎ ． ｐ ．， ｒ ２０１１
基 于 Ａ Ｓ Ｓ的 钢 筋 混 凝 土 梁 非 线 性 ＮＹ 分 析 若 干 问题 研 究
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｏ ｌＳｅ ｅ ａ ｏ ｌ ｍｓ ａ ｏ ｔＮｏ ｌｎ ａ ｓ ａ ｃ ｉ ｖ ｒ ｌＰｒ ｂ ｅ ｂ ｕ ｎ ｉ ｅ ｒ Ａｎａ ｙ ｉ ｆ ｌ ｓｓ ｏ ＲＣ ａ ｓ Ｂａ ｅ ｎ ＡＮＳ Ｂｅ ｍ ｓ ｄ ｏ ＹＳ
ＧＡ０ ，Ｚ Ｌｉ ＥＮＧ ａ ． ｕ ２ Ｗ ＡＮＧ ｎ ２ Ｘｉｏ ｙ ｎ Ｙｏ ｇ
单元选择 、 材料本构关系 、 加速 收敛等若干 问题 ， Ａ Ｓ Ｓ对一钢 筋混凝土简 支梁进 行非线 性分析 ， 用 ＮＹ 研 究梁荷载与跨中挠度关系 、 刚度变化及裂缝 发展形态 ， 为类似的模 拟分析提供可靠 的理论依据 。
关 键 词 ：Ａ Ｓ Ｓ 钢 筋 混 凝 土 梁 ； 线 性 ；有 限元 ＮＹ； 非 中 图分 类 号 ： Ｕ ７ ． Ｔ ３５ １ 文 献 标识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１７— １４ （０ １ｏ—０ ９—０ ６２ １４ ２ １）２ ０２ ３
０ 前
言
１ 非线性分析时应注 意的若干问题
１ １ 关 于模 型 ．
钢筋混 凝土 是土木 行业 中应用 最广泛 的工程 材 料， 其性 质 复 杂 ， 料 非 线 性 和几 何 非 线 性 同 时存 材
钢筋混 凝土 有限元 模 型根据 钢筋 的处理方 式主
在 。用传 统方法 分 析 往往 难 度 较 大 ， 有 限元 方 法 而 在钢筋 混凝 土非线性 分析 中显示 出越来 越 大的实用
钢-混凝土组合梁非线性分析在ANSYS中的实现
蕊 瓣 耪露壤 旃 － ÷ 囊凌
钢 一混 凝 土 组 合 梁 非 线 性 分 析 在 ＡＮ Ｙ Ｓ Ｓ中 的 实现
余 小红 ， 许 伟 ， 程神辉
（ 阳建 筑大 学土 木 工程 学 院 ， 宁沈 阳 １ ０ ６ ） 沈 辽 １ ８ １
轴心受压应 力 一应变 曲线 的数学 模型 ， 将上升段 取为 二次抛 物线 ， 降段取 为斜 直线（ 图 １ 。用公 式表示为 ： 下 如 ） （ ＝ ２ 一（ ／ ０ ｊ （ ≤ ） ｒ ［ ／ 。 。 ） ０ （） １
（） ２
２ 有 限元 模型 的建立
２ １ 单 元 的 介 绍 ．
ｌｌ Ｏ
维普资讯
增加 了针对混凝 土的性 能参数和组 合式 钢筋模 型。Ｃ ｎｒｔ ｏｃｅ ｅ 材料可通过选取 非线 性模 型考 虑塑 性变 形 和徐 变 ， ｏｃｅ Ｃ ｎｒｔ ｅ
于峰值应力 时的应变 ， 取 。 ．０ ； 为极 限压应 变 ， ＝０ ０ ２ 取
＝０． ０３ ０ ８。
？ 凝 土的失效准则 ， Ｎ Ｙ 昆 Ａ Ｓ Ｓ中 凝 土材料可 以预测脆 性 昆 材料的失效行为。同时考虑 了开裂 和压碎失效 的模拟 。多
四ＪＩ 筑 Ｉ 建
第２ ７卷 ４期
２０ ．８ ０７０
裂和压 溃现象。它是在三维八节点单元 Ｓ ＬＤ ５的基础上 ， Ｏ Ｉ４
［ 收稿 日期］０ ６—０ ２０ ９—２ ３ ［ 基金项 目］ 建设部科技项 目（ ｓ ｓ一１ ） ０ —Ｋ ３ ［ 作者简 介 ］ 小 红 （ ９ １～） 女 ， 士 研 究 生 ； 伟 余 １８ ， 硕 许
（９ １ ， ， １７ ～） 女 副教 授 。
式中： Ｆ是主应力 （ ｐ ， ） ｘ＇ 的函数 ； Ｓ表示 失效 面 ， 是关于主应力及／ ＝
基于ANSYS程序的型钢钢筋混凝土梁非线性有限元分析
Ｔａｂｌｅ １
表１计算结果与试验对比 Ｃｏｎｔ瑚毗ｂｅｔｗｅｅｎ ｃａｌｃｌｌｌａｔｅｄ ｒ鹤ｌｌｌｔｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
万方数据
Байду номын сангаас
增刊
林艺勇，等：基于ＡＮｓＹｓ程序的型钢钢筋混凝土梁非线性有限元分析
３．１梁的变形 从加载至破坏时梁跨中的挠度如图３所示．
由图中可见，由ＡＮＳＹＳ所算的与试验结果非常吻 合，从图中还可以看出，由于型钢的存在，Ｐ—ｆ曲 线中并没有明显的转折点．
中图分类号：Ｔｕ３９８
文献标识码：Ａ
文章编号：０３６７—６２３４（２００３）增刊一０１１３—０３
ＮｏＩｌｌｉｎｅａｒ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｒｅｉｎｆｂｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｅａｍｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＮＳＹＳ ｐｒｏｇｒａｍ
ＬＩＮ Ｙｉ—ｙｏｎ９１，ＸＵＥ Ｊｉａｎ．ｙａｎ９１，ＺＨＡＯ Ｈｏｎｇ—ｔｉｅｌ，ＬＩ Ｘｉａｏ—ｌａｎ２，ＹＡＮＧ Ｙｏｎ９１
Ｆｉｇ．３ Ｐ—ｆ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ＳＲＣＢ一１ａ ｂｅａｍ
３．２混凝土的裂缝开展情况及型钢的应力状态 本文在程序调试过程中发现，如果把混凝土
抗压强度开关打开时，在较小荷载作用下模型即 宣告破坏．同时考虑到混凝土在较大压力作用下 由于泊松效应的影响将在横向方向产生裂缝（在 这里定义为次生受拉裂缝）并最终引起混凝土的 破坏．因此在本文中不考虑混凝土的压碎能力，而 通过混凝土的开裂方式来控制模型的破坏．
（２）本文在用ＡＮＳＹＳ建摸过程中不考虑混 凝土的压碎能力而改用次生受拉裂缝来控制混凝 土单元破坏的方法是可行的．
（３）用ＡＮＳＹＳ程序所模拟的破坏荷载比试 验测得的偏小（５．７５％一一１０％）．
基于ANSYS的钢筋混凝土梁的非线性分析
基于ANSYS的钢筋混凝土梁的非线性分析摘要：本文主要通过介绍混凝土的本构模型，利用solid65号单元阐述ansys如何实现钢筋混凝土梁的建模，开裂，破坏等受力性能。
关键词：混凝土，有限元，非线性the nonlinear analysis of reinforced-concrete beam based on ansysdang jianping(baotou construction engineering cost can administer station, baotou 014010)abstract:by introducing the concrete constitutive model,the paper expounds ansys how to realize the modeling, craze, destructive force performance of the reinforced concrete beam using solid65 element.keywords: concrete, finite element, nolinear1 solid65单元的材料属性ansys的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），以及材料的抗裂和压溃现象。
solid65单元最多可定义3种不同的加固材料，即此单元允许同时拥有四种不同的材料。
混凝土材料具有开裂，压碎，塑性变形和蠕变的能力；加强材料则只能受拉压，不能承受剪切力。
2 材料本构关系模型2.1 混凝土本构模型根据弹塑性理论建立混凝上的本构关系时，必须对屈服，条件流动法则、硬化法则即塑性模型三要素做出基本假定。
ansys弹塑性本构关系主要使用mises屈服准则或drucker-prager屈服准则。
2.2 混凝土破坏准则混凝土模型采用willam-warnke五参数破坏准则，破坏面通过以及在静水压力p下的来定义。
基于ANSYS的钢筋混凝土梁非线性分析
ｅ ■ — 一 ｎ ｂ
ｅ ～
一
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一
： ｏ． ’ ｕ ・Ｖ ０ Ｏ
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３ 瓦
Ｈ
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： ２． ３ × １ ９４ ０－２ Ｉ ＝ Ｄ
＝０４ ４ １ １ ． ０ × ０。。 。
２ 钢 筋 混凝土 简支梁 非线 性分 析 实例
文献标识码 ： Ａ 开裂荷载 ：
Ａ ＝１７ Ｒ ， ４ ｌ ，Ｅ ＝ ．６。 ： ５ １ Ａ ＝１１０ｉｎ 口 ＝ ｍ ２ ｎ２ ６６７
ａ ＝ ｂ ＾一 ｈ 一 ＝ ０ １ ０． ５× ３
．
程 的基础上 ， 着重对一根典型 的钢筋混凝 土简支梁进行非线性 全 过程分析 ， 得到梁的荷载一跨中挠度 曲线 ， 对简支梁 的刚度 变化 规
变 关 系 。该 关 系 表 达 式 众 多 ， 参 考 相 关 资 料 或 规 范 选 取 ， 议 可 建 采 用 Ｇ ０ １ —０ ２推 荐 公 式 或 Ｈ ｎｎｓａ 公 式 ｌ 。 Ｂ５ ０ ０２ ０ ｏ ｇ ｅｔｄ ２ 』
Ａｓ ｌ Ｄ＝
＝
ａ＝４ ｌ ，： ３ ｎ，ｎ ５ ｌ， ｓ １Ｔｎ＆ ＝ ５ －ｈ ＝２９ － Ｉ Ｉ ｍｉ ｍｎ
第３ ６卷 第 ３期
２ ０ １０年 １月
Ｓ ＡＮＸＩ ＡＲＣＨ Ｉ Ｈ ＴＥ（ ＵＲＥ
山 西 建 筑
Ｖ０． ６ Ｎｏ ３ Ｊ３ ．
Ｊｎ ２ １ ａ． ００
・６ ・ ５
文 章 编 号 ：０ ９６２ （０ ０ ０ —０ ５０ １０ ８ ５２ １ ）３０ ６ —２
关 键 词 ： ＮＳ Ｓ软 件 ， 线 性 有 限 元 分 析 ， 论 计 算 Ａ Ｙ 非 理
ANSYS在预应力钢筋混凝土结构非线性分析中的应用
ANSYS在预应力钢筋混凝土结构非线性分析中的应用一、本文概述随着现代建筑技术的不断发展，预应力钢筋混凝土结构因其独特的性能优势，如高强度、高刚度、良好的耐久性等，被广泛应用于桥梁、高层建筑、大坝等各类工程结构中。
然而，这种结构的非线性行为，特别是在承受复杂荷载和预应力作用下的表现，使得其设计和分析变得复杂而具有挑战性。
因此，寻求一种有效的工具和方法来进行预应力钢筋混凝土结构的非线性分析至关重要。
本文旨在探讨ANSYS软件在预应力钢筋混凝土结构非线性分析中的应用。
我们将简要介绍预应力钢筋混凝土结构的基本原理和特点，以及非线性分析的必要性。
然后，我们将详细阐述ANSYS软件的基本框架、功能模块以及其在非线性分析中的优势。
接着，我们将通过具体案例，展示如何使用ANSYS软件进行预应力钢筋混凝土结构的建模、预应力施加、荷载加载以及结果的后处理。
我们将对ANSYS在预应力钢筋混凝土结构非线性分析中的效果进行评估，并讨论其在实际工程应用中的潜力和限制。
通过本文的研究，我们期望能为工程师和研究人员提供一种利用ANSYS软件进行预应力钢筋混凝土结构非线性分析的有效方法，为相关工程实践提供理论支持和实际指导。
二、ANSYS软件简介ANSYS是一款功能强大的工程仿真软件，广泛应用于各种工程领域的分析，包括结构、流体、电磁、热传导等多物理场耦合问题。
它以其高度的准确性、稳定性和广泛的应用领域而受到工程师和研究人员的青睐。
ANSYS提供了丰富的单元库和材料模型，使得用户可以准确地模拟各种复杂的工程问题。
在预应力钢筋混凝土结构的非线性分析中，ANSYS凭借其强大的非线性求解能力和丰富的材料模型库，可以模拟钢筋与混凝土之间的相互作用，以及预应力对结构性能的影响。
通过定义合适的材料本构关系、非线性行为以及接触关系，ANSYS可以对预应力钢筋混凝土结构在受力过程中的应力分布、变形行为以及破坏模式进行精确的预测。
ANSYS还提供了丰富的后处理功能，可以帮助用户直观地展示和分析仿真结果，如应力云图、变形云图、荷载-位移曲线等，从而帮助用户深入了解结构的受力性能和破坏机理。
钢板混凝土组合梁的非线性有限元分析
2、材料参数设置
在建立有限元模型后，需要为模型中的材料赋予相应的物理参数，如弹性模 量、泊松比、屈服强度等。对于钢板和混凝土这两种材料，其物理参数的取值应 参照相应的试验数据和规范标准。
3、计算分析
在完成材料参数设置后，需对有限元模型进行计算分析。常见的分析方法包 括静力分析、动力分析、屈服分析和蠕变分析等。在计算过程中，应选择合适的 求解器和算法，以保证计算结果的准确性和稳定性。同时，还需对计算过程进行 监控，及时处理可能出现的异常情况。
钢板混凝土组合梁的非线性有 限元分析
目录
01 一、背景介绍
03 三、计算结果
02 二、分析方法
04
（图1：应力分布云 图）
目录
05 （图2：位移云图）
07 四、结论与展望
06
（图3：模量分布云 图）
一、背景介绍
钢板混凝土组合梁是一种具有高强度、高刚度、耐久性强等特点的桥梁结构 形式，被广泛应用于各类桥梁工程中。然而，由于其复杂的力学行为和影响因素， 如钢板与混凝土之间的界面滑移、材料非线性等，其设计和分析仍面临一定挑战。 为了更好地理解和掌握钢板混凝土组合梁的性能，非线性有限元分析作为一种有 效的数值分析方法，被越来越多的研究者采用。
由图1可见，在设计荷载作用下，钢板混凝土组合梁的应力分布呈现出一定 的非线性特征，其中钢板和混凝土之间的界面处应力集中现象较为明显。
2、变形分析
通过对钢板混凝土组合梁进行非线性有限元分析，还可以获得其在荷载作用 下的变形情况。以某实际桥梁为例，其在承受设计荷载时的变形情况如图2所示。
（图2：位移云图）
二、分析方法
非线性有限元分析方法用于研究钢板混凝土组合梁的力学行为，主要包括建 立有限元模型、
6-非线性分析应用【ANSYS非线性分析】
图6-2-16钢筋混凝土简支梁
图6-2-17钢筋、混凝土应力-应变曲线
图6-2-18钢筋混凝土简支梁单元划分
图6-2-19荷载-挠度曲线
§6.3 框架结构非线性分析
例1：异形框架结构非线性分析
图6-3-1试验模型YXKJ-1的基本尺寸及配筋图
图6.2-6荷载-位移、荷载-转角关系曲线（三个高斯点）
图6.2-7荷载-位移、荷载-转角关系曲线（五个高斯点）
(a)荷载-位移关系曲线
(b)荷载-曲率关系
图6.2-8取不同高斯点时荷载-变形、荷载-转角关系曲线比较
例2:钢-混凝土组合梁截面非线性分析
截面尺寸和材料应力-应变关系见图6-2-9，型钢的标准强度为240 MPa/m2，弹性模量为2.1E+5 MPa/m2.钢的应力-应变关系为弹-纯塑性，是集中荷载下的简支梁（见图6-2-10）。
第六章 钢筋混凝土结构非线性分析应用
§
例1:钢筋混凝土单筋矩形截面，混凝土和钢筋的应力-应变关系选自CEB模型规范（1990），见下图6-1-1，
图6.1-1截面和材料应力-应变关系
极限弯矩Mu:用弧长法对截面进行全过程分析，对给定的弯矩My,计算相应的截面应变平面( ).计算不平衡弯矩及相应的应变平面增量，直至满足收敛条件。再增加弯矩My,计算相应的应变平面增量，等等，图6-1-2为截面弯矩-曲率关系曲线。
图6.2-4集中荷载作用下简支梁
图6.2-5单元节点自由度
用高斯积分计算梁单元刚度时，问题是取多少高斯点？高斯点多精度高，但增加了计算工作量，在满足计算精度的基础上，应尽可能取少的高斯点。图6.2-6为选取3个高斯点时的荷载-挠度、荷载-转角曲线。点线系梁跨中的荷载-挠度曲线，实线为梁支座处绕y轴的荷载-转角曲线。图6.2-7为取5个高斯点时梁的荷载-挠度、荷载-转角曲线。
基于ABAQUS的钢板-混凝土组合桥面板非线性分析
基于ABAQUS的钢板-混凝土组合桥面板非线性分析徐宙元;赵人达;占玉林【摘要】On the basis of considering the material nonlinear and contact nonlinear, a steel-concrete composite bridge deck is analyzed by using the finite element analysis software ABAQUS. The test result and numerical simulation result is analyzed and compared. Analysis result shows that the calculation is in good agreement with the test result. Relative to reinforced concrete deck, steel-concrete composite bridge deck shows high flexural rigidity and better bearing capacity.%在考虑材料非线性和接触非线性的基础上,采用有限元软件ABAQUS对钢板-混凝土组合桥面板进行了建模以及静力加载至破坏的受力全过程的非线性分析.与试验进行对比,表明ABAQUS计算值与试验结果吻合良好,此外通过与钢筋混凝土板的比较,表明组合桥面板具有较大的抗弯承载力和刚度.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2012(012)028【总页数】5页(P7275-7279)【关键词】钢板-混凝土组合桥面板;ABAQUS;非线性分析;有限元【作者】徐宙元;赵人达;占玉林【作者单位】西南交通大学土木工程学院,成都610031;西南交通大学土木工程学院,成都610031;西南交通大学土木工程学院,成都610031【正文语种】中文【中图分类】TU311.1桥面板作为桥梁上部结构的一部分参与整体受力，并直接承受车辆轮压的作用，其工作状态会直接影响到桥梁的使用性能。
基于ANSYS的不同本构模型的钢筋混凝土梁非线性分析
基于ANSYS的不同本构模型的钢筋混凝土梁非线性分析魏民;杜荣强【摘要】在已有混凝土受压试验数据的基础上,对不同实验条件下同等级混凝土单轴受压应力—应变曲线进行分析,得到混凝土在不同工作环境下的非线性应力应变关系域,选取域的上、下边缘值作为结构分析的本构基础.用ANSYS软件对相同配筋条件下不同本构关系的同等级混凝土的钢筋混凝土梁进行分析,以考察钢筋混凝土梁在相同受力条件下抗弯等性能的差异.【期刊名称】《安徽建筑》【年(卷),期】2015(022)003【总页数】3页(P151-153)【关键词】混凝土;应力—应变曲线;本构关系;ANSYS【作者】魏民;杜荣强【作者单位】山东科技大学土木工程与建筑学院,山东青岛266590;山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室,山东青岛266590;山东科技大学土木工程与建筑学院,山东青岛266590;山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室,山东青岛266590【正文语种】中文【中图分类】TU3751 概述混凝土作为目前使用最广泛的建筑材料之一，其单轴压缩条件下的应力—应变关系是混凝土的一项基本力学性能，是钢筋混凝土结构强度、变形理论的基础之一。
通过混凝土应力—应变曲线的形状和特征，可以明确地描述并阐明混凝土在外部作用下内部发生破坏的过程和受压变形的关系，具有明确的物理意义。
混凝土的强度和变形性能明显的区别于其他单一性结构材料，材料非线性与几何非线性同时存在[1]，用传统的方法分析混凝土结构已不能完全满足要求，结构真实的非线性全过程分析更需要以较为准确的混凝土应力—应变关系作为基本前提。
随着ANSYS等有限元软件的广泛使用，有限元方法在钢筋混凝土结构非线性分析中变得更加方便和实用，但也需要应用最为基本的混凝土应力—应变关系和其他方面的本构来描述混凝土的本构特征。
混凝土均质性较差，其材料的区域化、配制质量的不同、使用环境的差异，所以即使同一强度等级的混凝土，应力—应变关系也具有不确定性，其力学指标变得非常复杂，具有一定的离散性，加之混凝土结构所处工作环境千差万别，混凝土结构龄期也有很大差异。
基于ANSYS的钢筋混凝土梁非线性分析
基于ANSYS的钢筋混凝土梁非线性分析赵广叶【摘要】介绍了基于ANSYS软件钢筋混凝土结构非线性有限元分析的技术要点以及分析中需要注意的问题,用ANSYS对一根钢筋混凝土筒支梁进行非线性全过程分析,研究钢筋混凝土梁荷载与跨中挠度关系、刚度变化规律、破坏特征、裂缝发展形态以及钢筋、混凝土应力发展过程,并与理论计算结果进行了对比分析.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2010(036)003【总页数】2页(P65-66)【关键词】ANSYS软件;非线性有限元分析;理论计算【作者】赵广叶【作者单位】同济大学,上海,200092【正文语种】中文【中图分类】TU375.1ANSYS软件是融结构、流体、电磁场、声场和热场分析于一体的大型通用有限元分析软件,具有非常强大的非线性分析功能。
本文在介绍ANSYS中钢筋混凝土非线性有限元分析实现过程的基础上,着重对一根典型的钢筋混凝土简支梁进行非线性全过程分析,得到梁的荷载—跨中挠度曲线,对简支梁的刚度变化规律、破坏特征、裂缝发展规律进行研究,并与理论计算值进行对比。
1 钢筋混凝土结构ANSYS非线性分析ANSYS分析时,钢筋混凝土结构的有限元模型主要有分离式和整体式两种模型[1]。
混凝土材料的本构关系可采用多线性等向强化模型MISO,多线性随动强化模型MKIN,DP模型等,钢筋可采用双线性随动强化模型BKIN和双线性等向强化模型BISO等。
当不输入本构关系时,在混凝土开裂和压碎前,ANSYS采用缺省的本构关系,即混凝土和钢筋均采用线性本构关系。
要输入混凝土的本构关系,则首先确定采用何种单轴受压的应力应变关系。
该关系表达式众多,可参考相关资料或规范选取,建议采用GB 50010-2002推荐公式或Hongnestad公式[2]。
2 钢筋混凝土简支梁非线性分析实例以钢筋混凝土简支梁的数值模拟为例,对ANSYS非线性分析过程进行说明。
混凝土采用C30,钢筋全部采用HRB335,混凝土保护层厚度30 mm,距两端支座500 mm处分别有一集中荷载作用于钢垫板上,垫板尺寸150 mm×100 mm。
基于ANSYS的钢筋混凝土框架非线性分析的开题报告
基于ANSYS的钢筋混凝土框架非线性分析的开题报告1. 研究背景和意义钢筋混凝土结构是现代建筑中广泛使用的结构形式之一。
在建筑结构设计中，非线性分析是许多工程问题中的关键，钢筋混凝土框架非线性分析是在重要荷载作用下结构响应分析中普遍应用的方法。
在钢筋混凝土结构设计和施工中，为确保结构安全和可靠性，需要使用计算机模拟工具进行结构分析和设计。
2. 研究内容本文将使用ANSYS软件进行建筑结构的非线性分析，通过使用ANSYS进行非线性分析，分析结构在重要荷载下的响应。
本文将对框架结构的受力分析、节点位移分析、应力-strain关系曲线分析、裂缝形态分析等方面进行研究。
3. 研究方法本文将使用ANSYS软件进行模拟分析，包括有限元模拟、非线性分析、边界条件的设计和模拟结果分析等方面。
在进行有限元模拟前，首先进行结构建模，根据结构的实际布局和特点进行建模，然后设置合适的边界条件，配置荷载，并进行非线性分析。
4. 研究进度计划本文研究工作的进度计划如下：第一阶段：对钢筋混凝土框架结构进行有限元建模和边界条件设置；第二阶段：进行静力荷载的平衡计算和结构的非线性分析；第三阶段：对模拟结果进行分析，并对模拟模型进行优化。
5. 预期研究结果本文预期研究结果包括：结构的受力分析、节点位移分析、应力-strain关系曲线分析、裂缝形态分析等方面。
通过分析模拟结果，研究框架结构在受力分析、应力-strain关系曲线分析、裂缝形态分析等方面的特性和规律，为建筑结构设计和施工提供参考和指导。
6. 参考文献：- Carpinteri, A., 2008. Fracture of concrete and rock: SEM images. CRC press.- Mosalam, K., Anagnos, T. and Pister, K., 1999. Finite element modeling of reinforced concrete members under seismic loads. Computers & Structures, 72(1-3), pp.243-257.- Ganesan, N. and Narayanan, R., 1998. Nonlinear finite element analysis of RC beams with FRP reinforcement. Computers & structures, 67(2), pp.167-184.- Orangun, C.O. and Livaoglu, R., 2009. Seismic performance assessment of existing reinforced concrete buildings designed without earthquake-resistant requirements. Structural Engineering and Mechanics, 31(4), pp.429-448.。
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基于ANSYS的钢—混凝土组合桥面板非线性行为分析
作者：王潇碧宋瑞年
来源：《中国高新技术企业》2015年第05期
摘要：文章采用ANSYS软件建立钢-混凝土组合桥面板的三维有限元模型，对材料及连接界面的本构关系、破坏准则、网格划分等关键影响因素进行了分析；基于对栓钉和开孔钢板作用机理的研究，探讨了采用非线性弹簧单元和接触单元两种不同形式模拟界面力学性能的方法；通过有限元模型与实际模型的试验结果的比较，验证了分析方法的正确性，可用于研究钢-混凝土组合桥面板的粘结滑移、竖向掀起和极限承载力等力学性能。
关键词：ANSYS软件；钢-混凝土组合桥面板；有限元方法；非线性分析；滑移；掀起文献标识码：A
中图分类号：U441 文章编号：1009-2374（2015）05-0105-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.0384
钢-混凝土组合桥面板是由钢底板和上层混凝土板通过栓钉或开孔钢板等形式的剪力连接件结合而成的新型桥面板，不仅具有较高的承载能力，而且自重较小、经济性好，适用于现代大跨度桥梁的设计。
由于材料非线性、界面非线性和几何非线性等因素的共同影响，对这种新型组合桥面板力学性能的研究仍存在诸多问题。
模型试验是目前最常用的研究方法，但会耗费大量的时间、人力及物力，而且试验过程中的不确定因素会影响部分试验数据的可靠性，为处理数据和总结规律带来困难。
有限元方法是一种实用有效的研究方法，且与实际试验结果吻合较好，但很少考虑掀起效应的影响。
基于以上讨论，本文采用有限元软件ANSYS对某钢-混凝土组合桥面板模型试验进行全过程分析，考虑了滑移和掀起效应，探讨了适用于栓钉和开孔钢板的有限元模拟方法。
本文可为钢-混凝土组合桥面数值分析提供参考，为组合结构的机理研究和参数分析提供帮助。
1 组合桥面板构件参数
组合桥面板构件的主要截面尺寸见图1和图2。
钢板及PBL剪力键使用Q235-C钢材，普通钢筋使用HRB400，混凝土桥面板采用C40钢纤维混凝土，钢纤维掺入量为100kg/m3。
图1 试件典型截面示意图
图2 试件立面示意
1.1 材料及单元
由于钢材的材质均匀，其单轴拉伸试验结果具有良好的稳定性，且试验过程中未涉及卸载和再加载的过程，钢材本构关系可以采用较简单的双折线模型进行模拟，如图3A所示。
混凝土本构关系参考《混凝土结构设计规范》（GBJ50010-2002），不考虑下降段影响，采用MISO模型模拟，如图3B所示：
图3 材料本构关系
工字型钢梁采用SHELL63单元分别模拟上下翼缘板及腹板，混凝土板采用SOLID65六面体单元模拟，并考虑混凝土开裂的影响。
1.2 组合界面模拟
组合结构连接界面的约束方式主要有材料间的初始粘聚力、摩擦力及剪力键的机械连接三种。
因此，本文将接触单元CONTA173、TARGE170布置于整个连接界面，通过实常数COHE和μ分别模拟初始粘聚力和摩擦力，同时在剪力键处添加非线性弹簧单元
COMBIN39，模拟剪力键的作用。
用该方法模拟组合界面，可以考虑界面间的滑移和掀起对组合桥面板力学性能的影响。
1.3 边界条件及建模过程
为消除边界约束及加载条件对试验结果的影响，模型工字钢梁向两侧分别延伸了1.11m，并在端部采用固接约束。
建立钢垫块作为加载块，逐级加载至模型破坏。
本文先建立几何模型，然后划分网格形成有限元模型。
通过调整，模型的主要网格尺寸定为100mm，单元划分结果如图4所示：
图4 ANSYS模型图5 荷载-挠度曲线
2 计算结果分析
2.1 挠度结果
最大变形位于加载块下方的组合桥面板处，图5所示为挠度测试结果，试验数据通过百分表测量。
试验表明，钢混组合桥面板具有很好的延性，有限元模拟结果与测量结果较接近，极限挠度误差为8%，极限承载力误差仅为1%。
2.2 界面滑移
图6所示为跨中靠近加载块一侧混凝土板和钢板之间的荷载-滑移曲线，当荷载达到250～300kN之间时，钢与混凝土界面之间开始出现滑移。
有限元结果偏于保守，滑移出现较早，在
150kN附近。
实际测试结果在荷载水平较低时滑移不明显，是因为该处剪力键的物理阻挡作用，有限元模型的界面关系只是模拟剪力键的作用，并未建立真实物理模型，因此二者出现偏差，但随着荷载的增加，两者结果渐渐统一。
图6 跨中荷载-滑移曲线
2.3 界面掀起
掀起测试的位置为工字钢梁上翼缘板处，X2靠近跨中，X4靠近梁端。
典型掀起测试结果见图7所示，随着加载荷载的增大，掀起测试结果曲线非线性表现明显，且不同位置的掀起表现出不均匀性的特征。
有限元结果与实测结果趋势相同，但曲线不平滑，数值分析模型在对界面掀起分析方面还有待改进。
图7 荷载-掀起曲线
3 结语
采用本文方法对组合桥面板受力性能进行研究，并与测试数据对比，得出结论如下：（1）通过关键参数的合理取值，采用有限元方法的分析结果与试验结果吻合较好，能够用于组合桥面板力学性能研究；（2）采用接触单元和弹簧单元模拟组合结构界面行为是一种可行的分析方法，但有限元分析的界面掀起曲线平滑程度较差，有待改进；（3）组合结构界面行为复杂，有限元分析结果受弹簧单元和接触单元的参数影响较大，如何确定合理的参数有待进一步研究。
参考文献
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[4] 占玉林，赵人达，毛学明.钢-混凝土组合桥面板荷载试验的数值模拟[A].第十四届全国工程设计计算机应用学术会议论文集[C].2008.
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作者简介：王潇碧（1988-），女，内蒙古人，四川大学锦城学院助教，研究方向：钢-混凝土组合结构、桥梁损伤识别；宋瑞年（1987-），男，山东人，西南交通大学土木工程学院在读博士，研究方向：钢-混凝土组合结构。
（责任编辑：陈倩）。