基于ANSYS钢筋混凝土梁开裂有限元模拟研究
钢筋混凝土梁的ansys分析
基于ANSYS 的钢筋混凝土力学分析摘要 本文介绍ANSYS 模拟钢筋混凝土梁的过程，讨论了有限元模型的建立以及在ANSYS 中的实现，给出了用分离式配筋方法对混凝土梁的分析的一般过程.并给出了详细的命令流过程。
并在此基础上对混凝土梁进行了分析,讨论了在力的作用下混凝土梁的塑形变形和裂缝的发展过程.关键词 Ansys 混凝土梁 分离式配筋The analysis of mechanics of a reinforced concrete based on ANSYSAbstract This paper introduces ANSYS simulation of the reinforced concrete beam process, discusses the establishment of the finite element model and the realization, and gives the ANSYS reinforcement method with separate the analysis of concrete beams of the general process 。
And gives the detailed command flow process. Based on the analysis of concrete beams ， and discussed the concrete beam under the action of forces of the body deformation and fracture process 。
Keywords Ansys concrete beams reinforced separated1 引言由于钢筋混凝上材料性质复杂，使其表现出明显的非线性行为[1］。
长期以来采用线弹性理论的设计方法来研究钢筋混凝上结构的应力或内力，显然不太合理，尽管有此理论是基于人量试验数据上的经验公式，还是不能准确反映混凝上的力学性能，特别是受力复杂的重要结构，必须采用三维钢筋混凝上非线性有限元方法才能很好地掌握其力学性能。
基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析共3篇
基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析共3篇基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析1混凝土结构是我们生活和工作环境中不可或缺的部分。
为了保证结构的安全性和耐久性，需要进行大量的试验和分析。
钢筋混凝土结构试验有限元分析是其中一种方法，本文将介绍如何基于ANSYS进行试验有限元分析。
1、前期准备工作进行钢筋混凝土结构试验有限元分析前，需要进行一些前期准备工作。
首先要确定模型的尺寸和几何形状，包括梁的长度、宽度和高度，钢筋的数量和材料等信息。
其次是建立材料模型。
钢筋和混凝土的本构关系可以参考各种规范和文献，例如ACI318和EHE等。
最后是进行荷载和边界条件的设置。
这些参数可以根据试验的要求进行设定。
2、建立有限元模型通过ANSYS软件建立钢筋混凝土结构的有限元模型。
其中，混凝土部分采用可压缩性线性弹性模型；钢筋采用弹塑性模型，可以考虑材料的塑性性质。
首先，选择适当的元素类型，包括梁单元和实体单元。
对于梁单元，要选择适当的截面类型和断面参数。
对于实体单元，要确定网格的大小和形状。
然后，按照模型的几何形状和材料参数设置单元类型和属性。
最后，进行单元的划分和网格生成，调整边界条件，使其与试验条件保持一致。
3、分析和结果在模型准备就绪之后，进行分析和结果的处理。
首先，定义荷载和边界条件，可以模拟多种加载模式，例如单点荷载、均布荷载、自重等。
然后，进行静态分析或动态分析。
静态分析可以计算结构的变形、应力和应变等参数；动态分析可以模拟结构在地震、风等自然灾害下的响应。
最后，进行结果的处理和分析。
包括可视化、动画演示、应力云图、位移云图等，能够对计算结果进行全方位的检查和分析。
综上所述，基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析是一种非常有用的手段，可以帮助工程师更准确地评估结构的安全性和耐久性。
它具有良好的可靠性和可操作性，可在较短的时间内快速建立模型和分析结果。
基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析2钢筋混凝土结构是目前建筑工程最常用的一种结构形式，其优点在于承载能力强、耐久性好、施工方便等。
基于ANSYS的混凝土温度裂缝控制仿真分析
（ ! ）弹性模量 （ （ ! & ）/! 0 !1" （ , ）绝 热 温 升
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式中， !2— 最 终 弹 性 模 量 ； #， $—均为常数。
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式 中 3’ 2 为 最 终 绝 热 温 升 ； % 为常数。 （ 4 ）徐 变
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引言 !""""
混凝土结构的温度场、 应力场计算， 是控制混凝土出现 温度裂缝的重要分析手段。通过分析温度场及应力场计算 结果， 可为设计和施工时及时采取合理的温控措施， 防止混 凝土开裂提供依据。对于混凝土温度裂缝控制有限元仿真 计算来说， 需要完成大量的工作， 如快速高效合理地建立起 有限元模型； 进行各种工况的仿真模拟； 计算结果的方便查 看 和 提 取 等 等 。因 此 ， 充分利用现有的商用有限元软件结构 计算能力强、 可视化开发效率高的特点， 开发出混凝土温度 裂缝控制的专用有限元仿真分析软件具有很大的经济意义 和实用价值。 本 文 借 助 #$%&% 软 件 提 供 的 参 数 化 设 计 语 言 #’() 及 用 户 界 面 设 计 语 言 *+() ， 结合实际工程中所遇到的情况 和实际需要， 开 发 了 基 于 #$%&% 的 混 凝 土 温 度 裂 缝 控 制 分 析系统。该系统是混凝土结构温度场和应力场的有限元分 析程序，可以用于计算和分析混凝土结构在不同工况下的 温度场、 应力场分布及温度裂缝的开展过程。
基于ANSYS的钢筋混凝土建模研究
钢筋 的建模 （ Ｉ Ｋ 单元 ） ＬＮ ８ 。
２３ 组 合 式 模 型 在 Ａ Ｓ Ｓ中 的 实 现 ． Ｎ Ｙ
体单 元Ｓ ｌ ６ 相 同 的实 体单 元 模 型 ： ｏｉ ５ ｄ 另一 部 分 是 由
弥散 钢筋 组 成 的整体 式模 型 ， 可 以在 ＿ 空 间 的 它 二维 不 同方 向分别 设定 钢 筋 的位 置 、 度及 配 筋 率等 参 角 数 。此单 元模 型在一 般范 同 内可 以较 好地 进行 钢筋 混凝 土 的非线性 分析 ， 包括 对徐 变等 特性 的考虑 。 Ｓ ｌ ６ 单 元 可 以模 拟混 凝 土 中 的加 强 筋 （ ｏｉ ５ ｄ 或玻 璃 纤维 ， 钢等 ） 以及 材料 的拉 裂 和压 溃 现象 。对 型 ， 于分 布式模 型 ，ｏｉ６ 可 以考虑 ＝ 种钢 筋材 料 ， 种 Ｓｌ ５ ｄ ＝ ＝ 这 模型 比较容 易得 到收敛 的解 。 Ｓ ｌ ６ 单 元包 括一种 实体 材料 和 ｉ种 加 固材料 ｏｉ ５ ｄ （ 一般为 钢筋 ） ，可 以用ＭＡ 命 令定 义混凝 土材 料常 Ｔ 数， 而加 同材料 的常 数可 以在实 常数 中定 义 ， 包括 材
视单 元为连续 均 匀 的材 料 、 、
收 稿 日期 ：０１ —１ 一 ３ ２ ０ ｌ０
作 者 简 介 ：－ 荣 （９ ３ ） ｌ ， １小 １７ 一 ， 四川 渠 县 人 ， 十 ， 教 授 ， 级 工 程 师 ， 究 方 向 为计 算 力 学 、 爿 硕 副 高 研 建筑 结 构 和 市 政 工程 。
行 粘 接 （ ｕ ） Ｇｌｅ 。
（） ２ 混凝 土 与钢 筋复 合单 元 。 由于 在建立 单元 钢 度矩 阵时 ． 不但 要考 虑混凝 土材 料 的作 用 ， 日要 而 ＿ 考 虑钢 筋 的刚度 贡献 ，这种 模型 尚不能 在Ａ Ｓ Ｓ＿ ＮＹ ￣ ｆ Ｊ 直 接 利用 Ｇ Ｉ 接 生成 。但 Ａ Ｓ Ｓ Ｕ直 Ｎ Ｙ 提供 了 良好 的川 户二次 开发 功 能 ． 用 自带 Ａ Ｄ 脚本 、Ｏ Ｔ Ａ 等 利 Ｐ Ｌ ＦＲ Ｒ Ｎ
基于ANSYS的钢筋混凝土结构裂缝分布及宽度研究共3篇
基于ANSYS的钢筋混凝土结构裂缝分布及宽度研究共3篇基于ANSYS的钢筋混凝土结构裂缝分布及宽度研究1钢筋混凝土结构是现代建筑的主要结构形式之一，其具有很强的抗压、耐久、耐火、耐久等性能，能够在恶劣的自然环境下保持稳定。
然而，在长期使用和自然灾害等因素的影响下，钢筋混凝土结构容易发生裂缝、断裂等问题，这对结构的稳定性和使用寿命产生影响。
因此，了解钢筋混凝土结构中裂缝的分布及宽度研究是非常重要的。
钢筋混凝土结构裂缝的分布规律是影响其性能的重要因素之一。
通常情况下，裂缝的分布具有明显的集中性和分散性。
集中性裂缝通常是指相邻裂缝的间距较小，延伸方向呈现一定的集聚趋势。
它们的分布与荷载作用的密切程度有关，通常出现在受约束的构件的连接部位、弯矩较大的梁段、柱子的角部连接处等位置。
分散性裂缝通常是指相邻裂缝的间距较大，缝宽较小，延伸方向没有一定的集聚趋势。
它们的分布与材料本身的性质有关，主要是与混凝土的收缩、膨胀等因素有关。
关于裂缝的宽度研究，通常采用钢筋混凝土杆件、板梁等结构进行试验，测定裂缝宽度与荷载的关系。
钢筋混凝土结构的裂缝宽度与很多因素有关，包括混凝土强度、梁宽、钢筋直径、混凝土保护层厚度、受力面积等因素。
研究表明，裂缝宽度与荷载的关系可以采用双曲线等函数进行拟合，建立裂缝宽度与荷载的数量关系模型，以便预测结构在荷载作用下裂缝的宽度。
使用ANSYS软件进行钢筋混凝土结构的分析和模拟可以帮助我们更好地理解结构中的裂缝分布和宽度研究。
通过对结构模型的建立和加载荷载，可以计算出结构在不同荷载下的应力和位移响应，进而预测结构中的裂缝分布和宽度。
总之，了解钢筋混凝土结构中裂缝的分布及宽度研究是非常重要的。
通过科学地研究和预测裂缝的分布和宽度，可以有效提高结构的稳定性和使用寿命，保证建筑的安全可靠性。
基于ANSYS的钢筋混凝土结构裂缝分布及宽度研究2钢筋混凝土结构是一种广泛应用的建筑结构形式，具有高强度、耐久性好、抗震性能优良等优点。
ANSYS对预应力钢筋混凝土梁结构的有限元分析
#结构#抗震#文章编号:1009-6825(2005)02-0013-03ANSYS 对预应力钢筋混凝土梁结构的有限元分析收稿日期:2004-10-23作者简介:孙华安(1974-),男,昆明理工大学在读硕士,云南昆明 650093屈本宁(1956-),男,1982年毕业于昆明理工大学力学专业,教授,昆明理工大学,云南昆明 650093黄光玉(1978-),男,昆明理工大学在读硕士,云南昆明 650093孙华安 屈本宁 黄光玉摘 要:应用通用有限元软件A NSYS 对预应力钢筋混凝土梁的非线性性能进行了数值模拟,并讨论了钢筋和混凝土的本构方程、破坏准则、预应力施加和收敛准则等问题,对该梁在预应力条件下、没有施加预应力但受荷载作用、施加了预应力并受荷载作用这三种工况下所得的数值模拟挠度解作了分析;同时将荷载作用下的该预应力混凝土梁的有限元模型挠度解与按结构规范计算的挠度结果作了比较,指出利用AN SY S 对预应力钢筋混凝土作有限元分析是可行的。
关键词:预应力,钢筋混凝土梁,AN SYS,有限元,挠度中图分类号:T U 375.01文献标识码:A引言预应力钢筋混凝土梁结构是当今土木工程中应用相当广泛的一种结构,由于它是由钢筋和混凝土两种材料组成,在荷载作用下的结构反应是相当复杂的,传统的基于大量试验资料的结构力学的结构设计方法很难计算出其结构反应。
自从1967年D.Nego 和司谷特拉思A.C.Scor delis 把有限元应用于钢筋混凝土的结构分析以后,有限元法逐步成为分析钢筋混凝土结构内部微观机理的极有力的工具。
其中AN SY S 软件就础平台,其设计应充分考虑小区信息流量的需求,以满足21世纪宽带多媒体信息交互的要求,同时应具备可管理性、可扩展性和可维护性。
3 思考与建议3.1 智能住宅小区的建设应突出/以人为本0[3]/人0是住宅小区的主体,住宅小区建设应紧紧围绕着人们的实际需求,以实用、简洁、便利、安全为原则,同时照顾到不同文化层次、不同年龄住户的需要,满足/居住0这一特定的使用功能,在这一特定的功能上真正实现家庭的智能化。
混凝土结构的裂缝及其ANSYS分析
混凝土结构的裂缝及其ANSYS分析混凝土结构是建筑工程中常见的结构形式，由于其性能优异，在各种建筑中被广泛使用。
然而，由于混凝土结构的特性，如收缩、膨胀、温度变化、荷载变形等，可能会导致结构出现裂缝。
本文将探讨混凝土结构的裂缝产生原因、裂缝的分类以及使用ANSYS软件进行裂缝分析的方法。
混凝土结构的裂缝产生原因可以从内力和外力两个方面考虑。
内力是由于结构收缩、膨胀和变形引起的，外力则包括温度变化、荷载作用、水膨胀、地震等因素。
裂缝的形成是由于混凝土内部受到拉应力的作用，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会形成裂缝。
根据混凝土结构裂缝的性质和产生原因，常见的裂缝可以分为以下几类：1.收缩裂缝：由于混凝土在干燥过程中会发生收缩，造成内部产生拉应力，从而形成的裂缝。
2.膨胀裂缝：由于温度的变化以及聚合材料的膨胀引起的裂缝，也是常见的一种裂缝类别。
3.荷载裂缝：由于承载结构受到外部荷载作用产生的拉应力引起的裂缝。
4.施工裂缝：由于混凝土的收缩和膨胀，以及施工技术不良等因素引起的裂缝。
5.水膨胀裂缝：由于混凝土受到水的侵蚀，引起水膨胀引起的裂缝。
为了对混凝土结构的裂缝进行分析，可以使用ANSYS软件。
ANSYS是一种通用有限元分析软件，可以用于模拟和分析各种复杂的结构问题。
以下是使用ANSYS进行混凝土结构裂缝分析的方法：1.准备模型：首先需要准备一个混凝土结构的三维模型。
可以使用CAD软件绘制模型，然后导入到ANSYS中。
在绘制模型时，需要注意表达混凝土的材料性质、尺寸和边界条件等。
2.定义材料性质：在ANSYS中定义混凝土的材料性质，包括弹性模量、抗拉强度、抗压强度、收缩系数等参数。
这些参数可以根据实际材料的性质进行设定。
3.应用载荷：在模型中应用实际的载荷和边界条件。
载荷可以包括静载荷、动态荷载以及温度载荷等。
需要注意的是，载荷应符合实际工程情况。
4.网格划分：将模型进行网格划分，将结构划分成小的单元。
基于ANSYS的钢筋混凝土结构非线性有限元分析
2、应力-应变曲线：描述了混凝土和钢筋的在往复荷载作用下的变形和能量吸收能力，显示 了结构的塑性变形和损伤演化过程。
参考内容
引言
钢筋混凝土结构在建筑工程中具有重要地位，其非线性行为对结构性能影响 显著。因此，进行钢筋混凝土结构的非线性有限元分析对于预测结构响应、优化 结构设计具有实际意义。本次演示将根据输入的关键词和内容，建立钢筋混凝土 结构非线性有限元分析模型，并详细描述分析过程、结果及结论。
基于ANSYS的钢筋混凝土结构 非线性有限元分析
基本内容
引言：
钢筋混凝土结构是一种广泛应用于建筑工程的重要材料，其非线性力学行为 对结构设计的安全性和稳定性具有重要影响。为了精确模拟钢筋混凝土结构的真 实行为，需要借助先进的数值计算方法，如非线性有限元分析。ANSYS作为一种 广泛使用的有限元分析软件，为钢筋混凝土结构的非线性分析提供了强大的支持。
对于钢筋混凝土，其非线性行为主要来自两个方面：混凝土的本构关系和钢 筋与混凝土之间的相互作用。在非线性有限元分析中，需要建立合适的模型来描 述这些行为。例如，可以采用各向异性本构模型来描述钢筋混凝土的力学行为， 该模型可以捕捉到材料在不同主应力方向上的不同响应。
二、ANSYS中混凝土本构关系研 究
在进行荷载试验时，通过施加不同大小和方向的荷载，检测结构的变形和破 坏过程。采用静力荷载试验和动力荷载试验两种方式，分别模拟实际结构在不同 荷载条件下的响应。在试验过程中，记录各阶段的位移、应变和荷载数据。
在进行有限元分析时，采用ANSYS软件对试验数据进行模拟分析。首先进行 模态分解，了解结构的基本振动特性。随后进行屈曲分析，预测结构的失稳趋势。 通过调整模型参数和网格划分，对比分析不同方案下的有限元计算结果，为结构 的优化设计提供依据。
基于ANSYS Workbench的预应力混凝土结构开裂分析
基于ANSYS Workbench的预应力混凝土结构开裂分析摘要：为研究裂缝宽度及深度对预应力混凝土箱梁结构受力性能的影响，采用分布裂缝模型，通过SolidWorks软件建立实体模型，利用ANSYS Workbench软件划分网格、添加动静荷载并采用降温法实现预应力加载，完成对实际桥梁进行有限元的分析计算，结果表明不同程度开裂对结构受力有一定影响，但不会对其结构极限承载能力和刚度造成严重损失。
关键词：预应力混凝土裂缝受力性能 ANSYS Workbench SolidWorks1、概述20世纪30年代以来，预应力混凝土结构在桥梁、大型建筑和水工结构等土木工程中得到了大量、广泛的应用。
统计资料表明[1]：近20年来，我国所建混凝土桥梁中，75％以上采用的是预应力混凝土结构。
然而，由于设计、施工和运营管理等方面的不足和缺陷，在役的许多预应力混凝土连续箱梁结构都存在不同形式的裂缝，这些裂缝的存在对结构的安全性、耐久性和正常使用产生了十分不利的影响[2]。
裂缝的出现引起周围钢筋和混凝土受力的变化，结构产生变形，刚度下降，从而导致内力重分布的现象。
由于分布裂缝模型将单个裂缝连续化，不需要改变有限元网格划分，适用于有限元分析并且接近于工程实际情况，文中采用该模型进行分析。
2、结构有限元分析方法2.1结构建模方法此次建模过程中，采用SolidWorks软件构造出结构的各部分的零件图，然后通过配合的方式生成整体结构的装配体文件。
裂缝可以由单独零件切割掉部分结构之后装配而成，从而构建出预应力混凝土结构有限元分析的全桥模型。
2.2结构分析方法通过SolidWorks和ANSYS Workbench的无缝链接，将生成的结构装配体文件直接导入Workbench中，划分网格、添加荷载和控制截面，进行实际的结构受力分析，可以得到直接得到实体单元的应力和应变结果。
在ANSYS中对预应力钢筋混凝土采用整体式的分析方法，将混凝土和钢筋的作用一起考虑，其原理如下：（1）式中，T为预应力钢筋单元的降温量；Ny为有效预应力；α为热膨胀系数；Ay为预应力筋面积。
基于ANSYS的混凝土受力分析模拟研究
基于ANSYS的混凝土受力分析模拟研究一、研究背景混凝土作为建筑材料中的重要组成部分，其受力分析模拟研究对于保证建筑结构的稳定性和安全性具有重要意义。
ANSYS是一款常用的有限元分析软件，可以用于对混凝土结构进行受力分析模拟研究。
二、研究目的本研究旨在利用ANSYS软件对混凝土结构进行受力分析模拟研究，探究混凝土的受力特性及其对结构安全性的影响，为混凝土结构的设计及安全评估提供理论依据。
三、研究内容1. 混凝土受力特性分析通过ANSYS软件建立混凝土结构模型，对不同荷载情况下混凝土的应力应变特性进行分析。
根据分析结果，探究混凝土的受力特性和力学性能。
2. 混凝土结构的强度分析利用ANSYS软件对混凝土结构进行强度分析，分析混凝土结构在不同荷载作用下的破坏模式和破坏机理。
根据分析结果，评估混凝土结构的强度和稳定性。
3. 混凝土结构的变形分析通过ANSYS软件对混凝土结构进行变形分析，研究混凝土结构在荷载作用下的变形规律和变形程度。
根据分析结果，评估混凝土结构的变形性能和变形对结构安全性的影响。
4. 混凝土结构的疲劳分析通过ANSYS软件对混凝土结构进行疲劳分析，探究混凝土结构在长期荷载作用下的疲劳性能和疲劳寿命。
根据分析结果，评估混凝土结构的疲劳强度和耐久性。
四、研究方法1. 建立混凝土结构模型利用ANSYS软件建立混凝土结构模型。
根据实际情况，选择适当的材料参数、截面形状和节点数量等，建立混凝土结构有限元模型。
2. 施加荷载根据研究目的，选择适当的荷载方案，施加荷载到混凝土结构上，模拟不同荷载情况下混凝土结构的受力状态。
3. 分析结果处理根据ANSYS软件分析结果，对混凝土结构的应力应变、强度、变形和疲劳等特性进行分析，得出相应的结论和结构设计建议。
五、研究结果1. 混凝土受力特性分析结果通过ANSYS软件对混凝土结构进行受力分析模拟，得出混凝土的应力应变特性曲线。
分析结果表明，混凝土的应力应变特性呈现出良好的非线性特性，具有较好的抗压和抗拉性能。
钢筋混凝土梁的裂缝分析与数值模拟
密级：公开钢筋混凝土梁的裂缝分析与数值模拟Crack Analysis and NumericalSimulation on ReinforcedConcrete Beams摘要钢筋混凝土梁是一种重要的结构工程构件。
在对钢筋混凝土力学性能的研究中，随着有限元方法的不断完善以及计算机技术的迅猛发展，钢筋混凝土梁的裂缝分析与数值模拟技术也越来越受到人们的重视。
本文在借鉴前人研究成果的基础上，对钢筋混凝土梁进行了非线性有限元分析，重点对钢筋混凝土梁的裂缝行为进行了分析。
本文在对混凝土的本构关系、破坏准则、开裂机理以及混凝土与钢筋的粘结滑移机理进行分析、比较与综合的基础上，提出了一系列合理化的方法并利用计算机编程技术开发出了一种面向对象的钢筋混凝土梁非线性有限元分析软件。
在软件设计中，本文利用面向对象的方法，结合Visual C++.NET编程工具，将钢筋混凝土梁有限元的核心概念抽象成结点类、单元基类、荷载类、稀疏矩阵类、有限元分析主类以及混凝土三角形单元类、8结点等参单元类、钢筋类、粘结单元类等。
通过对这些类的实现，编制了较为完整的钢筋混凝士非线性有限元计算分析软件。
本文软件实现了比较完善的前处理功能。
同时也顺利的实现了部分后处理功能，包括结构计算模型图、结构剖分网格图、加载过程中的任意荷载步下结构变形图、混凝土单元与钢筋单元及粘结单元主应力迹线图、单元状态图、裂缝分布图，以及后处理数据的输出等。
最后，通过算例证明了本文所采用的理论、方法的合理性以及所开发软件的良好使用性能。
关键词：钢筋混凝土梁，裂缝分析，数值模拟，有限元分析，软件开发AbstractReinforced concrete beam is a type of important structure unit. During mechanics character of reinforced concrete being studied, the technology research of crack analysis and numerical simulation on reinforced concrete beams has been attracted scholars’ mo re and more attention with the improvement of finite element method and the rapid development of computer technology. On the base of the precursors’ accomplishments, reinforced concrete beams have been analyzed by nonlinear finite element analysis methods in this thesis, the emphases of which is the analysis on reinforced concrete beams’ cracking behavior.Constitutive relations, failure criteria and cracking mechanism of concrete and the cohesion and slippage between concrete and steel bar have been analyzed, compared and synthesized. Then serial reasonable methods have been put forward and an object-oriented reinforced concrete beams’ nonlinear finite element analysis software has been developed by the technology of computer programming in this thesis.In the course of developing the software, object-oriented method has been employed and Visual C++.NET programming tools have been used. And the core concepts of reinforced concrete beam finite element are abstracted into node class, element class, load class, sparse matrix class, finite element method analysis main class and concrete triangular element class, 8 nodes isoparametric element class, steel bar element class, join element class etc in this thesis. By these classes being realized, reinforced concrete nonlinear finite element computing software has been developed.The perfect pre-processing functions have been implemented in this software. At the same time, the post-processing functions including structure module map, discrete structure mesh map, and structure displacement map, main concrete element, steel bar element and join element stress trace map, element state map, cracking distribution map of any load step, and post-processing’s data output and so on have been fulfilled in this software.At last, the theories and methods which have been adopted in this thesis are reasonable and this developed software has good serviceability according to the result of computing examples.Keywords: reinforced concrete beams, crack analysis, numerical simulation, finite element analysis, software development目录第一章绪论 (1)1.1 钢筋混凝土梁的裂缝分析与数值模拟的研究意义 (1)1.2 研究现状及发展趋势 (3)1.2.1 钢筋混凝土有限元分析技术 (3)1.2.2 数值模拟的编程及软件开发技术 (5)1.3 本论文的主要工作 (7)第二章钢筋混凝土梁的裂缝分析理论 (9)2.1 微观裂缝与宏观裂缝 (9)2.2 分析的裂缝 (10)2.3 在荷载作用下混凝土裂缝的发展过程 (10)2.4 钢筋混凝土梁的裂缝机理 (12)2.5 裂缝模型 (13)2.5.1 分离式裂缝模型 (13)2.5.2 片状裂缝模型 (14)2.5.3 本文裂缝模型的处理模式 (16)2.6 单元开裂、压碎后释放应力的计算和分配 (17)2.6.1 混凝土单元开裂 (17)2.6.1.1 单向开裂 (17)2.6.1.2 双向开裂及裂缝闭合 (18)2.6.1.3 混凝土单元被压碎 (20)2.6.3 钢筋单元屈服 (20)2.6.4 粘结单元的应力达到峰值 (21)2.6.5 释放力的分配原则 (21)2.7 混凝土裂缝分析的数值过程 (21)2.8 本章小结 (24)第三章裂缝模拟的有限元分析理论 (25)3.1 钢筋混凝土梁有限元模型 (25)3.1.1 整体式模型 (25)3.1.2 组合式模型 (26)3.1.3 分离式模型 (27)3.1.4 采用的有限元模型 (28)3.2 采用的平面单元 (28)3.2.1 混凝土单元 (28)3.2.2 钢筋单元 (28)3.2.3 粘结单元 (29)3.3 材料本构关系 (30)3.3.1 钢筋本构关系 (30)3.3.2 混凝土本构关系 (31)3.3.2.1 混凝土本构关系模型 (31)3.3.2.2 混凝土本构曲线 (33)3.3.3 钢筋与混凝土间的粘结和滑移 (37)3.3.3.1 模拟粘结力联结单元的取值 (37)3.3.3.2 模拟粘结力联结单元的取值 (38)3.4 混凝土的破坏准则 (38)3.5 本章小结 (39)第四章软件的设计与实现 (41)4.1 开发环境与编程语言 (41)4.1.1 Visual 开发环境 (41)4.1.2 Visual C++.NET编程语言 (41)4.1.2.1 Visual C++.NET简介 (41)4.1.2.2 MFC简介 (42)4.2 面向对象编程简介 (42)4.2.1 什么是面向对象编程 (42)4.2.1.1 面向对象方法的由来 (42)4.2.1.2 面向对象编程语言的三个特性 (43)4.2.1.3 类和对象的基本概念 (45)4.3 钢筋混凝土梁结构对象分析和设计 (47)4.3.1 结点类 (47)4.3.2 单元类 (48)4.3.3 荷载类与荷载组类 (49)4.3.4 材料类 (50)4.3.5 有限元分析主类 (51)4.3.6 平衡方程求解 (51)4.3.7 重要函数流程图 (51)4.4 建立基于Windows的面向对象的数值模拟软件 (56)4.4.1 建立Windows 应用程序框架 (56)4.4.2 建立各种消息映射 (56)4.4.3 数值模拟软件的实现 (57)4.4.3.1 数值模拟前处理 (57)4.4.3.2 数值模拟有限元分析 (59)4.4.3.3 数值模拟后处理 (60)4.5 本章小结 (61)第五章可视化技术在本软件中的应用 (62)5.1 科学计算可视化技术简述 (62)5.2 二维有限元网格的自动剖分 (63)5.3 屏幕图像显示与绘制 (64)5.4 图像的放大、缩小与移动 (66)5.5 颜色与应力的关系 (66)5.5.1 颜色模型 (66)5.5.2 颜色与应力关系 (68)5.5.3 本文彩色主应力迹线的方法 (68)5.6 本章小结 (69)第六章实例分析 (70)6.1 连续深梁 (70)6.2 深梁弯曲破坏 (73)6.3 本章小结 (77)第七章结论与展望 (78)7.1 结论 (78)7.2 展望 (79)参考文献 (80)致谢 (84)个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文 (85)第一章绪论1.1 钢筋混凝土梁的裂缝分析与数值模拟的研究意义自从波特兰水泥问世以来，混凝土和钢筋混凝土这一重要的工程材料，得到了极其广泛的应用和发展。
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％）．
基于有限元方法的混凝土结构裂缝扩展模拟与控制研究
基于有限元方法的混凝土结构裂缝扩展模拟与控制研究混凝土结构是现代建筑领域中常见的一种建筑材料，其具有强度高、耐久性好的特点，被广泛应用于各类建筑工程中。
然而，由于外界荷载和温度变化等因素的影响，混凝土结构中常常会出现裂缝的问题，严重影响结构的强度和使用寿命。
因此，针对混凝土结构的裂缝扩展问题进行模拟与控制研究，具有重要的意义。
本文将基于有限元方法，探索混凝土结构裂缝扩展的模拟与控制。
有限元方法是一种常用且有效的数值计算方法，可以对结构的受力和变形进行分析，并模拟出裂缝的扩展过程。
首先，我们需要在计算机模型中建立混凝土结构的几何模型和材料特性，同时考虑结构的荷载和边界条件。
接着，将混凝土结构划分为小的有限元网格单元，并在每个单元内建立节点，通过数值计算得到每个节点的位移和应力情况。
在模拟裂缝扩展时，可以通过给定材料的断裂准则和裂缝的成长方向，计算每个节点的应力强度因子，以判断是否产生新的裂缝。
通过迭代计算，逐渐模拟出裂缝的扩展过程。
对于裂缝的控制，我们可以通过优化混凝土结构的设计和选择合适的材料，来减缓裂缝的扩展速度。
例如，可以在混凝土结构中添加钢筋材料，以增强其抗拉强度，从而减少裂缝的产生和扩展。
此外，对结构的受力情况进行合理的分析和优化，也可以有效地控制裂缝的扩展。
例如，在设计中考虑到结构的应力集中区域，并在这些区域增加加劲筋或变形缝，以减少应力的积聚和集中，从而减缓裂缝的扩展速度。
在混凝土结构的裂缝扩展模拟与控制研究中，有限元方法可以提供精确的数值计算和模拟结果，为混凝土结构的优化设计提供科学依据。
然而，需要注意的是，模拟结果仅仅是对理想情况的近似，还需要结合实际工程情况进行综合分析和评估。
此外，不同材料和工况条件下的混凝土结构裂缝扩展规律可能存在差异，需要进一步深入研究和实验验证。
综上所述，基于有限元方法的混凝土结构裂缝扩展模拟与控制研究具有重要的理论和实践价值。
通过精确的数值计算和模拟分析，可以为混凝土结构的裂缝控制和优化设计提供科学依据，进一步提高混凝土结构的安全性和性能。
钢筋混凝土梁受压区温度裂缝分析与ansys仿真模拟
钢筋混凝土梁受压区温度裂缝分析与ANSYS仿真模拟钢筋混凝土梁受压区温度裂缝分析与ANSYS仿真模拟摘要：利用大型有限元分析软件ANSYS中的三维实体单元Solid65对钢筋混凝土梁进行热―结构耦合分析，模拟高温环境中预埋地脚螺栓对混凝土受热膨胀产生的约束作用。
计算结果显示，混凝土构件自身由于温度变化而产生的变形在受到外来阻力约束时，会导致混凝土裂缝的出现。
关键词：钢筋混凝土；温度应力；裂缝；非线性有限元；仿真中图分类：TU378文献标识码：A 文章编号：一般来说，不同季节和不同时间环境温度改变都会给材料带来“热胀冷缩”现象。
这种因为温度变化使材料产生的应力为温度应力。
对于室内环境温度较高或室外需要露天工作的混凝土构件，其温度变化较大所以产生的温度应力也较大，而这种温度应力对构件带来影响往往也是不可忽视的。
由于钢筋混凝土结构的性质复杂，材料非线性与几何非线性常同时存在，所以用传统的方法来分析和描述这种温度应力产生的变形则难度非常大[1]。
随着计算机处理能力的不断增强以及非线性有限元方法的日臻完善，有限元作为一个强有力的数值分析工具，在钢筋混凝土结构非线性分析中正显示着越来越大的实用性和方便性[2]。
目前，可以利用比较完善的特种单元来近似模拟混凝土或钢筋混凝土材料，在大型通用有限元软件ANSYS中，Solid65单元常被用来模拟钢筋混凝土等抗压能力远大于抗拉能力的非均匀材料。
另外ANSYS提供的热―结构耦合分析，可以将温度影响施加到建立的模型中进行分析，从而得出温度对结构产生的应力。
1工程描述由于水泥在煅烧过程将产生大量的粉尘和一定的热量,所以造成厂房内温度很高,环境恶劣。
电收尘器作为水泥工厂中常用的除尘设备，一般都是在烧成车间的梁上预埋钢板焊接或预埋高标号的地脚螺栓安装。
2002年，某水泥厂窑尾车间用于承受电收尘器的大梁，在使用一年后受压区靠近预埋螺栓的部位产生细小裂缝（见图1）。
为此建设单位邀请设计、施工、监理和部分专家对裂缝产生的原因和其对厂房的安全性，耐久性进行分析：1.1 出现裂缝的梁承受荷载、截面尺寸、配筋等均按国家规范和工艺要求设计，梁裂缝宽度及挠度均控制在规范允许范围内。
基于ANSYS的混凝土受力分析模拟研究
基于ANSYS的混凝土受力分析模拟研究一、研究背景混凝土是建筑工程中常用的一种材料，其特性是具有良好的耐久性和承载能力。
混凝土结构的设计与施工过程中，需要进行受力分析，以保证结构的安全性和稳定性。
基于ANSYS的混凝土受力分析模拟技术，可以通过计算机模拟实验的方式，更加精确地分析混凝土结构的受力情况，提高设计和施工的效率和质量。
二、研究目的本研究旨在通过基于ANSYS的混凝土受力分析模拟，探究混凝土结构在不同载荷下的受力情况，分析混凝土结构的强度和变形特性，为混凝土结构的设计和施工提供理论依据和参考。
三、研究方法本研究采用基于ANSYS的混凝土受力分析模拟技术，通过建立模型、设置材料参数、施加载荷等步骤，进行混凝土结构的受力分析模拟。
具体步骤如下：1.建立模型首先，需要根据实际情况建立混凝土结构的三维模型，包括结构的几何形状、尺寸和材料属性等。
可以通过CAD软件进行建模，生成.STEP或.STL格式的模型文件。
2.设置材料参数其次，需要设置混凝土材料的物理参数，包括弹性模量、泊松比、密度、极限抗压强度、极限抗拉强度等。
这些参数可以通过实验或文献资料得到。
3.施加载荷然后，需要根据实际情况设置载荷类型、大小和方向等参数。
载荷可以是静态或动态，可以是单向或多向的。
可以通过ANSYS软件中的载荷模块进行设置。
4.运行模拟最后，将设置好的模型、材料参数和载荷参数导入到ANSYS软件中，进行模拟分析。
可以通过ANSYS中的计算模块进行求解。
四、研究内容1.混凝土结构的受力分析模拟通过基于ANSYS的混凝土受力分析模拟技术，可以模拟混凝土结构在不同载荷下的受力情况。
可以计算混凝土结构的应力、应变、位移等参数，分析混凝土结构的强度和变形特性。
2.混凝土结构的强度分析在混凝土结构的受力分析模拟中，可以计算混凝土结构在承受载荷时的极限抗压强度、极限抗拉强度、屈服强度等参数。
通过比较不同载荷下的极限强度值，可以确定混凝土结构的强度等级。
基于ANSYS的现浇混凝土楼板裂缝分析
基于ANSYS的现浇混凝土楼板裂缝分析文章从混凝土本构关系和目前混凝土破坏开裂准则出发，结合现浇混凝土楼板裂缝的现状和产生原因，利用有限元软件，结合SOLID65单元的应用，分析了在竖向位移作用下四边简支现浇板的裂缝分布、主应力分布等。
为进一步研究现浇楼板裂缝提供理论参考。
标签：有限元；本构关系；破坏准则；楼板裂缝1 引言现浇混凝土楼板裂缝问题一直受到国内外工程人员的关注，裂缝的存在对于结构的耐久性和适用性都会造成极为不利的影响，由于钢筋混凝土结构是多种不同材料经过拌合、振捣、养护后而形成的。
一般情况下，大部分细小的裂缝的存在并不会直接影响到结构的安全和正常使用，但是，如何避免那些可见裂缝，特别是对结构安全有影响的裂缝则是人们普遍关心的。
2 钢筋混凝土本构关系及破坏准则2.1 材料本构关系混凝土采用的本构模型骨架曲线为Kent和Park在1973年提出，后经Scott 等人改进的模式。
在反复加载下钢筋的骨架曲线采用二线型本构模型，超过弹性极限后，钢筋的等效弹性模量取E’=0.01E。
2.2破环准则混凝土开裂前，采用Druck-Prager屈服面模型模拟其塑性行为，即在这种情况下，一般在假设压碎和开裂之前，混凝土材料的塑性变形已经完成。
对于ANSYS中的混凝土材料开裂的失效准则，则采用William-Warnke五参数强度模型。
多轴应力状态下混凝土的失效准则表达式为：3 钢筋混凝土楼板开裂在ANSYS中的模拟3.1 Solid65单元通常钢筋混凝土结构有限元分析的单元分为两种：杆系单元和实体单元。
在结构分析中应尽可能多地采用三维实体单元模型，力求最大程度地真实模拟实际结构构件。
Solid65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，能够使混凝土材料具有开裂、压碎、塑性变形和蠕变的能力，可以模拟材料的拉裂和压溃现象。
3.2 开裂模拟本文钢筋混凝土裂缝有限元分析采用ANSYS中的smeared裂缝模型（单元内部分布裂缝模型），其原理是用分布裂缝代替单独裂缝，在结构出现裂缝以后，仍然假定材料是连续的，通过判断混凝土结构内部的积分点的状态（一般判断等效应力是否大于某数值）来判断单元内部积分点是否开裂，但是该方法无法考虑裂缝的扩展，裂缝之间也不能贯通，对结构进行整体分析时，如果结构划分的网格足够密，其结果还是很理想的。
基于ANSYS的钢筋混凝土结构裂缝分布及宽度研究的开题报告
基于ANSYS的钢筋混凝土结构裂缝分布及宽度研究的开题报告题目：基于ANSYS的钢筋混凝土结构裂缝分布及宽度研究一、选题背景及意义钢筋混凝土结构在现代建筑中得到广泛应用，但是由于其受力性能复杂，有许多因素会影响其荷载承受能力。
其中，裂缝是一种常见的损伤形态，会降低结构的整体性能，影响其使用寿命和安全性。
因此，对钢筋混凝土结构的裂缝分布及宽度进行研究，对于确保结构的安全可靠性具有重要意义。
通过数值分析软件ANSYS，可以快速、准确地模拟钢筋混凝土结构的力学行为，分析裂缝分布及宽度。
此外，随着计算机技术的不断发展，ANSYS在材料模型、边界条件等方面也得到不断提升和完善，其分析结果更加精确、可靠。
本研究旨在利用ANSYS对钢筋混凝土结构裂缝分布及宽度进行数值模拟分析，探究不同参数对其裂缝行为的影响，为钢筋混凝土结构的设计和施工提供一定的参考依据。
二、研究内容和方法1. 研究内容（1）了解钢筋混凝土结构的基本原理和受力性能，掌握裂缝形成机理。
（2）选取合适的数值模拟软件ANSYS，搭建钢筋混凝土结构的有限元模型。
（3）通过对模型进行加载，模拟不同荷载工况下的裂缝分布情况。
（4）对模拟结果进行分析，研究不同参数对裂缝宽度的影响。
2. 研究方法（1）文献调研法：查阅相关文献，了解钢筋混凝土结构的基本原理和受力性能，掌握裂缝形成机理。
（2）有限元数值模拟法：选取合适的数值模拟软件ANSYS，搭建钢筋混凝土结构的有限元模型，通过对模型进行加载，模拟不同荷载工况下的裂缝分布情况。
（3）数据分析法：对模拟结果进行分析，研究不同参数对裂缝宽度的影响。
三、预期成果1. 理论成果：在了解钢筋混凝土结构的裂缝行为基础上，运用ANSYS数值模拟软件对其裂缝分布情况和宽度进行研究，探究不同参数对裂缝行为的影响。
2. 实际应用：为钢筋混凝土结构的设计和施工提供一定的参考依据，提高其安全可靠性和使用寿命。
四、研究进度安排1. 前期准备阶段（1个月）：文献调研和相关知识学习；选取合适的数值模拟软件，学习软件使用方法。
基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析 - 副本
西安理工大学硕士学位论文
结构有限元分析方法得到了迅速的发展。在钢筋混凝土结构的分析中运 用有限元法分析可以提供大量结构反应信息，诸如结构位移、应力、应 变的变化，混凝土压屈，钢筋流动，粘结滑移，破坏荷载等等，这对研 究钢筋混凝土结构的性能，改进工程设计都有重要的意义。
1.2 钢筋混凝土有限元分析的研究现状
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西安理工大学硕士学位论文
非线性、几何非线性以及时间因素的综合考虑也融入了钢筋混凝土结构 非线性有限元分析。在混凝土结构中，与时间因素有关的效应包括荷载、 预应力、环境因素以及随时间推移而变化的徐变、收缩、老化、热效应 和预应力筋的松弛等。在这一时期中，我国在钢筋混凝土结构非线性有 限元分析的大部分领域开展了研究工作，取得了很大的进展。我国虽然 没有专门召开过钢筋混凝土非线性有限元分析方面的会议，但这方面的 研究工作在计算力学、结构工程、地震工程等全国性的学术会议中有所 反映，也出版了钢筋混凝土结构非线性有限元分析方面的专著，反映了 我国在这一方面的研究成。 目前可以说钢筋混凝土的有限元分析已经到了相当实用的阶段。欧 洲混凝土委员会 1990 年的混凝土模式规范已经将混凝土有限元方法纳入 其有关条文。我国水工钢筋混凝土结构也在附录中写入了有关有限元分 析的条文。其主要用途如下： a) 用于重大结构 ,如核电站的安全壳、海上采油平台、大型水利工 程结构的静力分析，尤其是动力分析，具有极其重要的意义。既可以检 验设计，又可以优化设计；既具有经济价值，又具有研究价值。 b) 用于结构或构件的全过程分析，对结构或构件的性能及其实际的 极限荷载有更深入、正确的了解，能揭示出结构的薄弱环节，能对其可 靠性做出正确的评价。 c) 辅助试验进行参数设计。
2
第一章 绪
论
稍后 Lin 和 Scordelis 将分层法用于板壳单元等弯曲构件，假定每一个 混凝土微元处于双向受力状态，裂缝沿板厚逐层的发展，这些单元已被 用于核反应堆安全壳、存储容器和海洋石油平台等大型混凝土结构的非 线性分析中。这一阶段的研究和应用都取得了很大的进展，但总的来说， 不管是理论研究还是工程应用，都比较粗糙，处于探索阶段。 1977-1985 年，在这个阶段中，研究工作主要可分为两个方面。一方 面是继续在单元模式的选取、混凝土的本构关系和破坏理论、裂缝的模 拟和拉伸强度、骨料咬合和销栓作用以及粘结方面进行深入的研究。另 一方面是系统性的总结和交流工作，美国土木工程师协会组织了一个 20 人的委员会，花了五年的时间，总结和分析了钢筋混凝土结构有限元结 构分析领域的大量研究资料和信息，在 1982 年 5 月发表了长达 545 页的 综述报告，内容涉及本构关系和破坏理论、钢筋模拟及粘结的表示、混 凝土开裂、剪力传递、时间效应、动力分析、数值算例和应用；还在附 录中发表了钢筋混凝土结构非线性的有限元程序。在这一时期，欧洲和 亚洲的一些学者也在钢筋混凝土结构的有限元分析方面进行了大量的研 究工作，1987 年 7 月在联邦德国召开了“钢筋混凝土空间结构非线性性 能”的国际会议；1981 年，国际桥梁与结构工程协会在荷兰召开了“高 等混凝土力学”的国际会议；1984 年，在前南斯拉夫召开了： “混凝土结 构的计算机辅助分析与设计”国际会议。同时，日本学者的研究工作在 起步较晚的情况下很快的发展到了应用阶段，并且在与试验的结合方面 取得了很大的进展。 1985 年到现在 ,处在混凝土的本构关系的表达和试验研究方面继续 进行更深入的研究之外 , 钢筋混凝土结构非线性有限元分析进一步向实 用方向发展 , 努力把现有的分析方法和工程设计结合起来。同时 , 研究的 领域也进一步扩展到动力、冲击荷载下的非线性分析，分析模型和材料 参数成为预测钢筋混凝土结构在动力和冲击荷载下性能的研究热点；高 强混凝土和受约束混凝土结构的非线性有限元分析也受到了重视；材料
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的再生混凝土梁抗裂性能有限元分析
第３７卷㊀第７期㊀吉㊀林㊀化㊀工㊀学㊀院㊀学㊀报Ｖｏｌ.３７Ｎｏ.７㊀２０２０年７月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＪＩＬＩＮＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＣＨＥＭＩＣＡＬＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＪｕｌ.㊀２０２０收稿日期:２０２０￣０５￣０６作者简介:宋㊀兵(１９９１￣)ꎬ男ꎬ吉林洮南人ꎬ吉林化工学院助教ꎬ硕士ꎬ主要从事工程管理方面的研究.㊀㊀文章编号:１００７￣２８５３(２０２０)０７￣００７２￣０４基于ＡＮＳＹＳ的再生混凝土梁抗裂性能有限元分析宋㊀兵１ꎬ姚㊀琳２(１.吉林化工学院经理管理学院ꎬ吉林吉林１３２０２２ꎻ２.吉林市政府投资建设项目管理中心ꎬ吉林吉林１３２０００)摘要:为分析不同掺量硅粉和聚丙烯纤维对再生混凝土梁抗裂性能的影响ꎬ对５根再生混凝土梁的开裂荷载㊁极限荷载㊁应力分布和荷载￣挠度曲线进行了ＡＮＳＹＳ有限元分析.结果表明:硅粉和聚丙烯纤维的掺入ꎬ提高了再生混凝土的强度和整体刚度ꎬ使得梁抵抗拉应力的能力提高ꎬ抗裂性能增强㊁延性提高ꎬ开裂荷载和极限荷载均增大.当硅粉掺量为８％ꎬ聚丙烯纤维掺量为０.９ｋｇ/ｍ３时ꎬ试件的开裂荷载和极限荷载达到最大值ꎬ分别为２３.６６ｋＮ和１２８.５ｋＮꎬ较ＳＦ０Ｐ０均提高２０％以上.关键词:硅粉ꎻ聚丙烯纤维ꎻ再生混凝土梁ꎻ抗裂性能ꎻ有限元分析中图分类号:ＴＵ３７５.１文献标志码:ＡＤＯＩ:１０.１６０３９/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ２２－１２４９.２０２０.０７.０１７㊀㊀近年来ꎬ国内外学者对于再生混凝土的研究取得了丰硕的成果ꎬ再生混凝土不仅可以处理掉部分建筑垃圾ꎬ而且还可节约天然骨料ꎬ带来了显著的经济㊁环境和社会效益ꎬ但是再生混凝土因为自身存在的不足ꎬ如孔隙率高㊁吸水性大㊁强度低等ꎬ而在使用过程中受到限制.为弥补再生混凝土的不足ꎬ使再生混凝土构件在工程中得到更大地推广和应用ꎬ综合硅粉(ＳＦ)颗粒小㊁促进水泥水化㊁较强的火山灰活性等优点[１￣２]ꎬ以及聚丙烯纤维(ＰＰＦ)抗拉强度高㊁延性好㊁耐久性好等特点[３￣６]ꎬ基于ＡＮＳＹＳ对一定再生骨料取代率下的聚丙烯纤维硅粉再生混凝土梁的开裂荷载㊁极限荷载㊁跨中挠度等进行了有限元分析ꎬ得出了二者的建议掺量ꎬ为再生混凝土梁构件的进一步研究及推广提供了理论基础.１㊀试验方案设计经查阅相关文献表明ꎬ再生混凝土中硅粉(ＳＦ)的掺量为６％~８％ꎬ聚丙烯纤维(ＰＰＦ)掺量不大于１.２ｋｇ/ｍ３ꎬ对混凝土性能提升显著[７￣８].为此ꎬ试验控制水胶比为０.４ꎬ砂率为４５％ꎬ硅粉掺量为０％和８％ꎬ聚丙烯纤维(ＰＰＦ)掺量为０ｋｇ/ｍ３㊁０.６ｋｇ/ｍ３㊁０.９ｋｇ/ｍ３和１.２ｋｇ/ｍ３ꎬ再生粗骨料取代率为３０％的５组混凝土ꎬ并设计５根跨度为１５００ｍｍꎬ截面尺寸１５０ｍｍˑ２５０ｍｍ的再生混凝土梁试件ꎬ其纵向受力筋直径为１２ｍｍ的ＨＲＢ３３５热轧钢筋ꎬ架立筋和箍筋直径为８ｍｍ的ＨＰＢ３００热轧钢筋ꎬ各组混凝土试块的测试结果见表１.表１㊀各组混凝土２８ｄ的力学性能试件编号抗压强度/ＭＰａ轴心抗压强度/ＭＰａ劈裂抗拉强度/ＭＰａ弹性模量/ˑ１０４ＭＰａＳＦ０Ｐ０３４.７５３０.８３２.７１２.８４ＳＦ８Ｐ０３８.４７３３.５２２.９７３.１５ＳＦ８Ｐ０.６３９.２２３４.１３３.１６３.２８ＳＦ８Ｐ０.９４０.３９３５.３２３.２９３.４０ＳＦ８Ｐ１.２３９.４３３３.９１３.１１３.３３２㊀有限元模型的建立２.１㊀单元类型混凝土采用ＳＯＬＩＤ６５单元模拟ꎬ钢筋和箍筋均采用ＬＩＮＫ８单元ꎬ为避免出现应力集中的问题ꎬ在试件的加载点下方和底部支座处设置１５０ｍｍˑ１００ｍｍ的刚性垫板ꎬ有限元模型如图１所示.(ａ)试件网格划分(ｂ)钢筋单元图１㊀有限元模型２.２㊀材料的本构关系１.钢材的本构关系.钢材采用双线性随动强化模型(ＢＫＩＮ)ꎬ如图２(ａ)所示.２.混凝土的本构关系.再生混凝土应力￣应变关系上升段采用文献[７]提出的计算模型ꎬ下降段采用文献[９]提出的计算模型ꎬ如图２(ｂ)所示.(ａ)钢材本构关系(ｂ)混凝土本构关系图２㊀材料本构关系３㊀ＡＮＳＹＳ计算结果分析３.１㊀开裂荷载和极限荷载５组试件的开裂荷载和极限荷载如图３所示.在加载初期ꎬ试件ＳＦ０Ｐ０的开裂荷载为１９.４３ｋＮꎬ而ＳＦ８Ｐ０的开裂荷载较前者的提高了６.３％ꎬ随着ＰＰＦ的掺入ꎬ试件的开裂荷载显著增大ꎬ试件ＳＦ８Ｐ０.９的开裂值达到２３.６６ｋＮꎬ比试件ＳＦ０Ｐ０提高了２１.８％ꎬ比试件ＳＦ８Ｐ０提高了１４.６％.随着荷载继续增加ꎬ试件进入屈服阶段直至破坏ꎬ当ＰＰＦ掺率达到０.９ｋｇ/ｍ３时ꎬ试件的极限荷载达到峰值１２８.５ｋＮꎬ比试件ＳＦ０Ｐ０提高了２０.７％ꎬ比试件ＳＦ８Ｐ０提高了１３.１％.究其原因ꎬ一方面是ＳＦ的活性强ꎬ能够促进水泥颗粒的水化ꎬ使再生混凝土变得致密ꎬ优化了混凝土的强度指标.另一方面ＰＰＦ掺入到再生混凝土试件中ꎬ纤维起到锚固的作用ꎬ拉结效应弥补了因接触面积增大而强度降低的损失ꎬ加强了构件内部的联系ꎬ增加了构件的抗拉和抗弯强度ꎬ提高了承载能力[７].但当ＰＰＦ掺量达到１.２ｋｇ/ｍ３时ꎬ试件ＳＦ８Ｐ１.２的开裂荷载和极限荷载较ＳＦ８Ｐ０.９均有所降低ꎬ分析因为纤维掺量大ꎬ分散不均匀ꎬ与再生混凝土接触不好ꎬ使得再生混凝土的抗拉强度降低.试件编号图３㊀各组试件的开裂荷载和极限荷载３.２㊀等效屈服应力云图选取２组试件的等效屈服应力云图ꎬ如图４㊁图５所示.在加载初期ꎬ试件ＳＦ０Ｐ０最大应力出现在试件的跨中区域ꎻ随着荷载的增大ꎬ最大应力出现在加载点处ꎻ当荷载继续增加到屈服阶段ꎬ最大压应力出现在试件梁跨中的上部受压区ꎬ这主要因为钢筋达到屈服点后ꎬ受压区混凝土的压应力迅速增长直至压碎.而试件ＳＦ８Ｐ０.９在加载初期至３７㊀㊀第７期宋㊀兵ꎬ等:基于ＡＮＳＹＳ的再生混凝土梁抗裂性能有限元分析㊀㊀㊀屈服阶段的应力云图与试件ＳＦ０Ｐ０的最大应力分布相似ꎬ但出现第一条裂缝的时间晚ꎬ且在钢筋屈服后ꎬ试件ＳＦ８Ｐ０.９因为纤维的掺入ꎬ抵抗拉应力的能力逐步提高ꎬ最大应力又出现在试件的跨中区域ꎬ荷载继续增大至破坏ꎬ试件的破坏时间得到延长.试件的破坏过程与文献[１０]中的试验结果相吻合.图４㊀ＳＦ０Ｐ０各阶段等效屈服应力云图３.３㊀荷载￣挠度曲线分析５组试件的荷载￣跨中挠度曲线如图６所示.可以看出ꎬ在加载初期ꎬ各组试件具有相同的荷载￣挠度变化趋势ꎬ呈线性增长ꎻ在进入屈服阶段后ꎬ试件ＳＦ０Ｐ０有明显的拐点ꎬ跨中挠度增加迅速ꎻ而随着ＳＦ和ＰＰＦ的掺入ꎬ曲线过渡平缓ꎬ没有明显折点.在荷载相同时ꎬ试件的挠度呈现显著差异ꎬ试件ＳＦ８Ｐ０.９和ＳＦ８Ｐ１.２抵抗变形的效果比较明显ꎬ且破坏挠度较其他试件明显增大.由此可见ꎬＳＦ的掺入ꎬ提高了再生混凝土的强度和整体刚度ꎬＰＰＦ的掺入ꎬ使得梁的抗裂性能增强㊁延性提高.４㊀结㊀㊀论基于ＡＮＳＹＳ有限元软件模拟分析了不同硅粉和聚丙烯纤维掺量对再生混凝土梁开裂荷载㊁极限荷载及跨中挠度的影响.结果表明:１.适量硅粉和聚丙烯纤维的掺入能提高再生混凝土梁的开裂荷载和极限荷载.当硅粉掺量为８％ꎬ聚丙烯纤维掺量为０.９ｋｇ/ｍ３时ꎬ试件的开裂荷载和极限荷载达到最大值ꎬ分别为２３.６６ｋＮ和１２８.５ｋＮꎬ较ＳＦ０Ｐ０均提高２０％以上.４７㊀㊀吉㊀林㊀化㊀工㊀学㊀院㊀学㊀报㊀㊀２０２０年㊀㊀２.硅粉的掺入ꎬ提高了再生混凝土的强度和整体刚度ꎬ聚丙烯纤维的掺入ꎬ使得梁抵抗拉应力的能力提高ꎬ抗裂性能增强㊁延性提高.参考文献:[１]㊀常锋.混凝土中硅粉的作用机理[Ｊ].中国新技术新产品ꎬ２０１９ꎬ１３:３７￣３８.[２]㊀张合春.硅粉混凝土基本性能试验及作用机理研究[Ｊ].山西建筑ꎬ２０１８ꎬ２０:１０６￣１０７.[３]㊀刘福顺.简析聚丙烯纤维对混凝土强度的影响[Ｊ].湖南交通科技ꎬ２０２０ꎬ１:４５￣４７.[４]㊀周玲珠ꎬ郑愚ꎬ罗远彬.高掺量聚丙烯纤维自密实混凝土试验及性能初探[Ｊ].混凝土ꎬ２０１８ꎬ１２:９０￣９４.[５]㊀ＢＥＨＦＡＲＮＩＡＫꎬＢＥＨＲＡＶＡＮＡ.Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅｆｉｂｅｒｓｉｎｃｏｎｃｒｅｔｅｌｉｎｉｎｇｏｆｗａｔｅｒｔｕｎｎｅｌｓ[Ｊ].Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｄｅｓｉｇｎꎬ２０１４ꎬ５５:２７４￣２７９.[６]㊀ＲＡＭＥＺＡＮＩＡＮＰＯＵＲＡＡꎬＥＳＭＡＥＩＬＩＭꎬＧＨＡＨＡＲＩＳＡꎬｅｔｃ.Ｌａｂ￣ｏｒａｔｏｒｙｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅｆｉｂｅｒｏｎｄｕｒａ￣ｂｉｌｉｔｙꎬａｎｄｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｃｏｎ￣ｃｒｅｔｅｆｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｓｌｅｅｐｅｒｓ[Ｊ].ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄ￣ｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓＡｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１３ꎬ４４:４１１￣４１８.[７]㊀李涛.掺加硅粉及纤维改性再生混凝土性能试验研究[Ｊ].河南科学ꎬ２０１５ꎬ３３(３):４２１￣４２５.[８]㊀邱庆莉ꎬ洪叶南ꎬ李海光ꎬ等.聚丙烯纤维硅粉混凝土强度与早期抗裂性能试验[Ｊ].科技通报ꎬ２０１６ꎬ３２(４):１８７￣１９１.[９]㊀王长青ꎬ肖建庄ꎬ孙振平.动态单调荷载下约束再生混凝土单轴受压应力￣应变全曲线方程[Ｊ].土木工程学报ꎬ２０１７ꎬ８:１￣９.[１０]姚琳.混杂纤维再生混凝土梁抗裂性能试验研究[Ｄ].延吉:延边大学ꎬ２０１７.ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＣｒａｃｋＲｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆＲｅｃｙｃｌｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅＢｅａｍｂａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳＳＯＮＧＢｉｎｇ１ꎬＹＡＯＬｉｎ２(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｃｉｅｎｃｅꎬＪｉｌｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＪｉｌｉｎＣｉｔｙ１３２０２２ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＣｅｎｔｅｒｏｆＧｏｖｅｒｎｍｅｎｔＩｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔＣｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＰｒｏｊｅｃｔｓＭａｎａｇｅｍｅｎｔＣｏｍｍｉｔｔｅｅｏｆＭｕｎｉｃｉｐａｌａｎｄＲｕｒａｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＪｉｌｉｎＣｉｔｙꎬＪｉｌｉｎＣｉｔｙ１３２０００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＩｎｏｒｄｅｒｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｓｉｌｉｃａｐｏｗｄｅｒａｎｄｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅｆｉｂｅｒｏｎｔｈｅｃｒａｃｋｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｂｅａｍｓꎬＡＮＳＹＳｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｎｔｈｅｃｒａｃｋｌｏａｄꎬｕｌｔｉｍａｔｅｌｏａｄꎬｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｌｏａｄ￣ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆ５ｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｂｅａｍｓ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｓｉｌｉｃａｐｏｗｄｅｒａｎｄｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅｆｉｂｅｒｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｏｖｅｒａｌｌｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｔｈｅｒｅｃｙｃｌｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅꎬｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｂｅａｍꎬｅｎｈａｎｃｅｓｔｈｅｃｒａｃｋｒｅｓｉｓｔａｎｃｅꎬｉｍｐｒｏｖｅｓｄｕｃｔｉｌｉｔｙꎬａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｃｒａｃｋｉｎｇｌｏａｄａｎｄｕｌｔｉｍａｔｅｌｏａｄ.Ｗｈｅｎｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｓｉｌｉｃａｐｏｗｄｅｒｗａｓ８％ａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅｆｉｂｅｒｗａｓ０.９ｋｇ/ｍ３ꎬｔｈｅｃｒａｃｋｉｎｇｌｏａｄａｎｄｕｌｔｉｍａｔｅｌｏａｄｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｒｅａｃｈｅｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅｏｆ２３.６６ｋＮａｎｄ１２８.５ｋＮｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙꎬｗｈｉｃｈｗｅｒｅｍｏｒｅｔｈａｎ２０％ｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＳＦ０Ｐ０.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｉｌｉｃａｐｏｗｄｅｒꎻｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅｆｉｂｅｒꎻｒｅｃｙｃｌｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｂｅａｍꎻｃｒａｃｋｒｅｓｉｓｔａｎｃｅꎻｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ５７㊀㊀第７期宋㊀兵ꎬ等:基于ＡＮＳＹＳ的再生混凝土梁抗裂性能有限元分析㊀㊀㊀。
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有限元模拟钢筋混凝土构件时 , 根据对钢筋处理方 式的差异 , 主要分为分离式与分布式两种模型 。分离式 模型是将混凝土与钢筋各自划分为足够小的单元 , 按照 混凝土与钢筋不同的力学性能 , 选择不同的单元形式 。 分布式模型也称均布式模型 , 它将混凝土与钢筋假定为 混合在一起的各向同性材料 。 分离式模型与分布式模 型各有优缺点 , 分离式模型考虑了钢筋和混凝土之间的 粘结和滑移的实际情况 , 所得结果较为真实可靠 , 但对 它模拟时处理过程较为繁琐 , 当混凝土中的钢筋较多时 尤为如此 , 而且在求解时不易收敛 。分布式模型所得的 结果与实际情况不符 , 所以较为粗略 , 但它的建模过程 相对简单 , 而且求解易于收敛 。 鉴于此 , 对于一些准确 性要求相对较低的定量分析问题或一些定性分析问题 都可采用分布式模型 , 而对一些准确性要求较高的定量 分析问题则要采用分离式模型 。
功能 , 通过设定 REBA R 的参数来控制钢筋混凝土中钢 筋的数量与方位的 。 LIN K 8 是一种三维杆单元[ 2] 。
SOLID65 单元应力应变关系的总刚度矩阵表达式 为:
[ D]
={1
Nr
-∑V i=1
iR}[ D
c]
Nr
+∑V i=1
R i
[
Dr ]
j
式中 :N r ———加固物(钢筋)的数目 ;
1 概述 钢筋混凝土结构问世已有 100 多年 , 由于它的经济
性 , 耐久性 , 整体性 , 可模性以及耐火性使它在世界各国 的土木工程中得到了广泛的应用 。钢筋混凝结构是由 钢筋和混凝土这两种性质迥异的材料组合而成的 , 混凝 土性质复杂 , 应力应变关系是非线性的 , 在复杂应力条 件下的本构关系仍不十分清楚 , 普遍适用的强度理论也 未建立 , 钢筋与混凝土之间的粘结关系性质也很复杂 。 同时混凝土杭拉强度很低 , 在通常情况下钢筋混凝土结 构总是带裂缝工作的 , 由于以上因素使得对钢筋混凝结 构的有限元分析变得十分困难[ 1] 。
(上接第 230 页) 不足 。有的即使采用了抗剥落剂 , 但质量甚差 , 尤其是 许多胺类的抗剥落剂 , 一般温度 100 ℃以上就会分解 、 挥发 , 使用了抗剥落剂 , 但质量的工程照样发生水损害 破坏 。采用与沥青粘附性不好的酸性集料 , 首先应考虑 使用效果较好的消石灰作为改善粘附性的措施 。
钢筋 混 凝 土 试件 截 面 b ×h =20 ×10cm , 跨 径 300cm ;上部配筋 2 × 12mm , A gc =2 .26cm2 ;下部 配 筋 4 × 12m m , A gc =4 .52cm2 ;每隔 20cm 配箍筋 , 如图 1 所示 。 本文利用 ANSYS 建立了钢筋混凝土梁 的空 间有限元模型 , 如图 2 ～ 图 3 所示[ 5] 。 在本计算中 , 混 凝土采用弹塑性本构关系 , 并利用 W -W 破坏准则检 查混凝土的开裂和压碎 。
水长期浸入沥青混合料或基层表面 , 难以避免出现 唧浆和坑槽 。 长时间泡水的沥青砼路面的寿命肯定长 不了 。对付水的办法 , 一是封 , 二是排 。建议注意以下 问题 :保证路表水排水顺畅 ;挖方路段的排水往往是薄 弱环节 , 注意边沟的深度不仅要能排水 , 而且路面内部 的水能顺畅排入边沟 ;做好分隔带排水 ;砌筑路肩 、浆砌 挡墙和安装缘石要考虑渗入路面内部的水能排出 ;改进 透层油 , 将面层与基层连接成为一体 , 起到封水作用 。 3 结束语
限荷载明显加大 。 考虑开裂后混凝土强度降低的影响 , 可以通过修正等效单轴应力应变关系来实现[ 3] 。
有限元分析中裂缝的处理方式有离散裂缝模型 、分 布裂缝模型和断裂力学模型 。 离散裂缝模型和分布裂
缝模型各具特点 , 可根据不同的分析目的选择使用 。断
裂力学模型目前尚处于研究之中 。离散裂缝模式假定
利用通用有限元软件 ANSYS 对钢筋混凝土梁进 行分析时 , 在分离式 模型中 , 选择的单 元对象为两种 :
SOLID65 和 LINK8 。 在分布式模型中 , 它所选择的单
元对象只有 SOLID65 。SOL ID65 是三维钢筋混凝土实 体单元 , 能够计算拉裂和压碎 , 并可利用其独特的加筋
2007 年第 12 期 西部探矿工程 2 31
基于 ANSYS 钢筋混凝土梁开裂有限元模拟研究
赵亚敏1 , 唐习龙2
(1 .中南大学土木建筑学院 , 湖南 长沙 410075 ;2 .中山市规划设计院 , 广东 中山 528400)
图 1 钢 筋混凝土试件构造图(单位 :cm)
钢筋混凝土梁全过程的荷载 —挠度曲线如图 4 所 示 , 其受力过程明显可以分为混凝土开裂 、钢筋屈服 、混 凝土压碎破坏几个阶段 。 钢筋混凝土梁的开裂和破坏 时的荷载 P 见表 1 。
表 1 钢筋混凝梁侧开裂 压碎破坏
对钢筋混凝土梁而言 , 当截面开裂以后其抗弯刚度 将随着裂缝的开展而不断变化 。 对钢筋混凝土梁自开 始 、受荷直到破坏的全过程进行模拟能得到钢筋混凝土 梁在弹性阶段的受力性能 、混凝土塑性影响 、裂缝的形 成和发展 、钢筋和混凝土之间的粘结和滑移 、钢筋的屈 服与强化以及混凝土压碎破坏等大量信息 , 从而可以对 这些问题的本质进行全面的分析和研究 , 确定钢筋混凝 土梁的开裂荷载 、破坏荷载等重要特性 。 4 钢筋混凝土梁算例分析
23 2 西部探矿工程 2007 年第 12 期
在正交裂缝模型中发生两次开裂后在局部坐标系下本
构矩阵为 :
Er1 0 0 0 0 0
0 Er2 0 0 0 0
[ Dc] = 0 0
0 Er3 0 0 0 β1G
0 0
0 0
(3)
0 0 0 0 β2G 0
(1)
V
R i
——— 加 固 的 体 积 率
,
亦可以理解为钢筋的配筋
率;
[ Dc] ———混凝土的刚度 矩阵 , 是通 过在各向同 性
材料种插入各向异性的应力应变关系而得到的 , 可以表
示为 :
[
Dc]
=(1
E +v)(1
-2 v)
(1 -v) v
v
0
0
0
v (1 -v) v
0
0
0
v
v (1 -v) 0
0
0
0
0
0
(1 -2v) 2
0
0
0
0
0
0
(1 -2v) 2
0
0
0
0
0
(1 -2v)
0
2
(2) 式中 :[ D r] i ———第 i 个加固物(钢筋)的刚度矩阵 。 3 裂缝的机理及在有限元模拟中的处理方式
开裂后混凝土在裂缝方向无泊松效应 , 材料变为各
向异性 , 以开裂时的主应力方向为材料各向异性主轴 ,
追求平整度和担心构造深度使压实受到影响 。 应 该明确 , 平整度固然重要 , 但压实度更重要 , 必须在确保 平整度的情况下提高压实度 。 现行规范规定的压实度 标准偏低 , 建议提高 1 %～ 2 %, 以减小空隙率 , 减少水 损害破坏 。 2 .4 .4 减少集料离析
施工所使用的材料的变异性大 , 材料来源杂 , 质量不 稳定 , 使级配经常发生变化 , 往往达不到设计配合比的要 求 , 以及粗集料粒径偏大都容易引起集料离析 , 形成局部 区域空隙过大 , 成为透水 、积水和积浆场所 , 易造成沥青 与集料剥离 。因此 , 应严格控制砂石材料的质量 。 2 .4 .5 做好路面排水和封水
裂缝位于单元之间 , 将节点分离在裂缝两侧 。 该模式可
在梁中预先确定裂缝位置 , 并假定梁为线弹性体 , 裂缝
沿相邻单元边界开裂 , 在裂缝 两侧单元边界各设置节 点 。 目的是在已知裂缝位置和方向后 , 算出构件中混凝
土应力 、钢筋应力及粘结应力 。用来分析承受相同荷载 的同一根梁在不同裂缝情况下的应力状态 , 对比不同裂 缝情况下应力状态的差别 , 从而可知各种裂缝对内力的 影响 。随着计算速度和网格自动划分的快速实现 , 离散 裂缝模型有被推广使用的趋势 。 采用离散裂缝模型进 行钢筋混凝土非线性有限元分析时 , 必须确定混凝土的 开裂准则 , 处理好混凝土的受拉劲化效应及裂缝面上剪 力传递模式[ 4] 。
本文计算值
4 .7
7 .9
17 .4
文献[ 5] 试验值
4 .8
8 .0
17 .6
5 结论
(1)随着计算机技术和数值分析方法的发展 , 钢筋混 凝土结构的分析会越来越多地借助于有限元分析软件 , 深 入了解软件采用的理论框架和数值分析方法很有必要。
(2)熟练掌握有限元分析软件 , 正确地对钢筋混凝 土梁开裂问题进行模拟与分析 , 可以加快设计计算的进 度 , 为设计提供可靠的依据 。
2 .4 .2 选择矿料级配 根据研究 , 沥青路面的空隙率在 8 %(相当于 设计
空隙率 4 %, 压实度 96 %)以下时 , 不容易造成水损害破 坏 。 而排水性混合料的路面空隙率大于 15 %时 , 一般 都采用改性沥青 , 水能够在空隙中自由流动 , 不容易造 成水损害破坏 。当路面实际空隙率为 8 %～ 15 %时 , 水 容易进入混合料内部 , 荷载作用下易产生较大的毛细压 力成为动力水 , 易造成沥青混合料的水损害破坏 。要控 制好空隙率 , 必须认真选择矿料级配 , 在普通的密级配 沥青混合料的矿料级配上下功夫 。 2 .4 .3 加强压实
2007 年第 12 期 西部探矿工程 2 33
图 2 钢筋混凝土梁 有限元模型