基于ANSYS的钢筋混凝土结构三维实体建模技术探讨
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。
ANSYS分析钢筋混凝土结构技巧及实例详解
0 前言利用ANSYS分析钢筋混凝土结构时，其有限元模型主要有分离式和整体式两种模型。
这里结合钢筋混凝土材料的工作特性，从模型建立到非线性计算再到结果分析的全过程讲述了利用ANSYS进行钢筋混凝土结构分析的方法与技巧，并以钢筋混凝土简支梁为例，采用分离式有限元模型，说明其具体应用。
1 单元选取与材料性质1. 1 混凝土单元ANSYS中提供了上百种计算单元类型,其中Solid65单元是专门用于模拟混凝土材料的三维实体单元。
该单元是八节点六面体单元,每个节点具有三个方向的自由度( UX , UY , UZ) 。
在普通八节点线弹性单元Solid45 的基础上,该单元增加了针对于混凝土的材性参数和组合式钢筋模型,可以综合考虑包括塑性和徐变引起的材料非线性、大位移引起的几何非线性、混凝土开裂和压碎引起的非线性等多种混凝土的材料特性。
使用Solid65 单元时,一般需要为其提供如下数据:1)、实常数(Real Constants) :定义弥散在混凝土中的最多三种钢筋的材料属性,配筋率和配筋角度。
对于墙板等配筋较密集且均匀的构件,一般使用这种整体式钢筋混凝土模型。
如果采用分离式配筋,那么此处则不需要填写钢筋实常数。
2)、材料模型(Material Model) :在输入钢筋和混凝土的非线性材料属性之前,首先必须定义钢筋和混凝土材料在线弹性阶段分析所需的基本材料信息,如:弹性模量,泊松比和密度。
3)、数据表(Data Table) :利用数据表进一步定义钢筋和混凝土的本构关系。
对于钢筋材料,一般只需要给定一个应力应变关系的数据表就可以了,譬如双折线等强硬化(bilinear isotropic hardening)或随动硬化模型( kinematic hardening plasticity)等。
而对于混凝土模型,除需要定义混凝土的本构关系外,还需要定义混凝土材料的破坏准则。
在ANSYS中,常用于定义混凝土本构关系的模型有:1)多线性等效强化模型(Multilinear isotropic hardening plas2ticity ,MISO模型)，MISO模型可包括20条不同温度曲线，每条曲线可以有最多100个不同的应力-应变点;2)多线性随动强化模型(Multilinear kinematic hardening plas2ticity ,MKIN 模型)，MKIN 模型最多允许5个应力-应变数据点;3)Drucker2Prager plasticity(DP)模型。
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
ANSYS数值仿真技术对《钢筋混凝土与砌体结构》课程的教学应用研究
ANSYS数值仿真技术对《钢筋混凝土与砌体结构》课程的教学应用研究钢筋混凝土与砌体结构作为土木工程专业的一门主干课程，具有计算公式多、计算量大、知识面广、构造要求多等特点，一直以来是教学的难点。
提出采用数值模拟仿真技术应用于教学过程中，帮助分析复杂的结构受力情况。
实践证明，将数值模拟仿真技术应用与课程中，能有效提高教学质量，提高学生思维应变和创新能力。
标签：ANSYS；钢筋混凝土结构；有限元《钢筋混凝土与砌体结构》作为土木工程专业的一门主干课程，具有计算公式多、计算量大、知识面广、构造要求多等特点，一直以来是教学的难点。
土木工程是一门与试验密切挂钩的学科，在专业教学中涉及到了很多试验，例如：土力学试验，建筑材料试验，材料力学试验，结构检测试验等，许多课程都在这些试验过程和结果中得到总结和验证，《钢筋混凝土与砌体结构》课程就是典型，在教学过程中，涉及材料性能，受力原理、结构构造，并且涉及简单工程实例的设计方法原理施工图绘制等众多知识点，对构件和结构进行试验分析得到理论结果，对这门课程的教学是非常有帮助的，并且这一课程的教学效果直接影响学生的实际工程分析能力以及工程创新能力的培养，然而普通独立院校常常受到试验条件缺乏，设备落后的影响，导致教学模式固化，这一课程的试验教学较少，严重影响学生理解和实践能力的培养，导致学生缺乏工程意识。
国内外常采用数值模拟仿真软件应用于工程实例，帮助分析复杂的结构受力情况，这种仿真软件是融结构、热力学、流体、电磁和声学等于一体的大型通用有限元分析软件，常应用在土木工程中，包括大坝工程、隧道及地下工程、桥梁结构工程、房屋建筑工程、边坡工程以及基础工程，分析各类工程结构的力学行为和在工程结构施做和使用过程中的力学行为的有限元分析过程，包括2D和3D 的分析，其在实际工程中的应用是非常常见和成熟的。
近些年，提出了将数值模拟仿真软件应用于教学，将计算机辅助教学作为高校教学改革的发展方向，解决试验条件缺乏的困境。
Ansys模拟钢筋混凝土结构的探讨
Ｋｅ ｒ ｓ ｎ ｙ ； ａ ｓ ｍ ｌ ｄ ｍ ｄ ｌ ｓ ｅ ｒ ｄ ｍ ｄ ｌ ｉ ｃ ｅ ｅ ｍ ｄ ｌ ｙ ｗｏ ｄ ：Ａ ｓ ｓ ｓ ｅ ｂ ｅ ｏ ｅ ： ｍ ａ ｅ ｏ ｅ ；ｄ ｓ ｒ ｔ ｏ ｅ
结构实验在 “ 混凝土结构理论 ”的诞生和 发展过程 中起 着非常重要和 不可替代 的作用。 目前，世界各 国的混凝土结 构设计规 范都是 以大量 的实验数据为基 础而 建立起 来的。体
ｒ ｉ ｆ ｒ ｅ ｃ ｎ ｒ ｔ ｆ ｏ ｒ ｌ ｂ Ｉ ｉ ｅ ｓ ｂ ｅ ａ ｄ ｍ ｏ ｔ ｔ ｏ ｕ ｅ Ａ ｓ ｓ ｒ ｇ ａ ｍ ｓ ｅ ｎ ｏ ｃ ｄ ｏ ｃ ｅ ｅ ｌ ｏ ｓ ａ ． ｔ ｓ ｆ ａ ｉ ｌ ｎ ｉ ｐ ｒ ａ ｔ ｓ ｎ ｙ ｐ ｏ ｒ ｍ ｅ ａ ｎ ａ ａ ｃ ｓ ｏ ｉ ｌ ｒ ｓ ａ ｃ ｉ ｓ ｒ ｍ ｎ ｏ ｓ ｍ ｌ ｔ ｅ ｔ ｒ ｃ ｓ ． ｃ ｅ ｓ ｒ ａ ｅ ｅ ｒ ｈ ｎ ｔ ｕ ｅ ｔ ｔ ｉ ｕ ａ ｅ ｔ ｓ ｐ ｏ ｅ ｓ
元。
分析软件 的主流 。有限元法在钢筋混凝土 结构 的分析 中已经 得到 了广泛 的应用 。它能够给出结构或 构件 的内力和变形 发
基于ANSYS的钢筋混凝土结构实例分析
解放军理工大学工程兵工程学院课程论文基于ANSYS的钢筋混凝土结构实例分析课程名称：高等军桥结构分析专业：桥梁与隧道工程学生姓名：马森学号： S201103062指导教师：郭志昆教授陈万祥讲师时间： 2012年7月14日基于ANSYS的钢筋混凝土结构实例分析马 森 （解放军理工大学工程兵工程学院，江苏，南京，210007）摘要：讨论了在大型有限元软件ＡＮＳＹＳ中用于混凝土材料的Ｓｏｌｉｄ６５单元， 介绍了混凝土和钢筋共同工作时的建模方法及相互连接的处理， 利用Ｓｏｌｉｄ６５单元对钢筋混凝土板进行了分析。
分析表明， 用Ｓｏｌｉｄ６５单元模拟钢筋混凝土材料所得到的结果， 能较好地反映钢筋混凝土板的非线性力学特征。
关键词：Ｓｏｌｉｄ６５单元；ＡＮＳＹＳ；钢筋混凝土结构 中图分类号：ＴＵ３７５１１； Ｏ２４２１２１文献标识码: A钢筋混凝土是土木工程中应用最广泛的材料，钢筋混凝土相关力学问题的分析是进行土木工程分析的基础。
对于性质复杂的钢筋混凝土结构, 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，用有限元等工程软件进行钢筋混凝土的力学行为的模拟分析，对于结构设计的合理性与经济性非常有意义。
1 Solid65单元１．１ 单元简介 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。
前者着重分析单元力(包括力和弯矩)与位移(包括位移和转角)之间的关系，而后者着重分析单元的应力-应变关系。
单元类型的选取应兼顾计算规模、材料模型的精度等多方面的因素。
对于全结构规模较大，可将结构离散成杆系单元进行分析。
对于复杂区域(梁柱节点)或重要的构件等可将杆系结构计算的力和位移施加到实体单元模型上，分析局部应力和应变。
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单元用于含钢筋或不含钢筋的三维实体模型。
该实体模型可具有拉裂与压碎的性能。
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。
ANSYS算例-三维实体结构的分析
三维实体结构的分析前面的实训练习中，是采用先生成节点，然后连接节点生成元素的方法来建立有限元模型的，它适用于结构比较简单的零件。
但是对于一些复杂结构，如果还是采用上面的方法建立有限元模型，不但非常繁琐，而且容易出错，甚至在有些情况下几乎是不可能的。
因此，本实训中将介绍三维实体结构的有限元分析。
一、问题描述图25所示为一工字钢梁，两端均为固定端，其截面尺寸为，m d m c m b m a m l 03.0,02.0,2.0,16.0,0.1=====。
试建立该工字钢梁的三维实体模型，并在考虑重力的情况下对其进行结构静力分析。
其他已知参数如下：弹性模量（也称杨式模量） E= 206GPa ；泊松比3.0=u ；材料密度3/7800m kg =ρ；重力加速度2/8.9s m g =；作用力Fy 作用于梁的上表面沿长度方向中线处，为分布力，其大小Fy=-5000N 二、实训目的本实训的目的是使学生学会掌握ANSYS 在三维实体建模方面的一些技术，并深刻体会ANSYS 软件在网格划分方面的强大功能。
图25 工字钢结构示意图三、结果演示使用ASSYS15.5软件对该工字钢梁进行结构静力分析，显示其节点位移云图。
四、实训步骤（一）ANSYS 14.5的启动与设置与实训1第一步骤完全相同，请参考。
（二）单元类型、几何特性及材料特性定义1定义单元类型。
点击主菜单中的“Preprocessor>ElementType >Add/Edit/Delete”，弹出对话框，点击对话框中的“Add…”按钮，又弹出一对话框（图26），选中该对话框中的“Solid”和“Brick 8node45”选项，点击“OK”，关闭图26对话框，返回至上一级对话框，此时，对话框中出现刚才选中的单元类型：Solid45，如图27所示。
点击“Close”，关闭图27所示对话框。
注：Solid45单元用于建立三图26单元类型库对话框图27 单元类型对话框图28 材料特性参数对话框维实体结构的有限元分析模型，该单元由8个节点组成，每个节点具有X、Y、Z方向的三个移动自由度。
基于ANSYS的钢筋混凝土力学分析
基于ANSYS 的钢筋混凝土力学分析1 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。
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。
利用ANSYS 对钢筋混凝上结构弹塑性的仿真分析，可以对结构自开始受荷载直到破坏的全过程进行分析，获得不同阶段的受力性能。
2 模型的建立2.1 单元类型的选取2.1.1 混凝土单元混凝上选用SOLID65 单元。
SOLID65 单元在普通8节点三维等参元SOLID45 单元的基础上增加了针对混凝上材料参数和整体式钢筋模型，常被用来模拟钢筋混凝上和岩石等抗拉能力远大于抗拉能力的非均匀材料，可以模拟混凝土材料的开裂和压碎力学行为。
2.1.2 钢筋单元可采用杆元来模拟纵筋，一般利用空间单元LINK8 单元或空间管单元PIPE20 建立钢筋模型，与混凝上SOLID65 单元共用节点。
用COMBINE39 来模拟钢筋和混凝上之间的粘结。
2.2 材料本构关系模型2.2.1 混凝土本构模型弹塑性本构关系把服而和破坏而分开来处理。
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。
2.2.2 混凝土破坏准则一般强度准则的参数越多，对混凝土强度性能的描述就越准确，多参数模型大多基于强度试验的统计而进行曲线拟合。
ANSYS 中的混凝上材料特性用改进的William Wamke 五参数破坏破坏准则和拉应力的组合模式，其破坏而子午线和偏平而见相关文献。
2.2.3 钢筋本构模型一般采用双线形理想弹塑性模型，在ANSYS 中,钢筋可以选择经典双线性随动强化模型(BKIN) 和双线性等向强化模型(BISO) 。
基于ANSYS的钢筋混凝土框架结构
§1-1
建国初期兴建的钢筋混凝土框架结构距今已有近60年的使用期，其中有些工程在我国的建筑史上具有很重要的地位，如人民大会堂，中国历史博物馆，北京火车站等，都是不可多得的艺术瑰宝[2]。钢筋混凝土框架结构在其中应用最广，这批建筑已超过结构设计的使用基准期。从建筑抗震角度看，早期设计的这些建筑并未达到该地区的设防标准，甚至根本就没有考虑抗震设防要求，因此需要对此批建筑进行抗震鉴定，如果必要的话，应进行抗震加固；从建筑结构的使用角度看，由于建筑物中部分设备的老化陈旧以及人们生活需求的提高，以致建筑物的部分功能已不能满足目前的需求，应对建筑结构进行部分改造和更新以达到继续使用的要求，均需要进行加固改造。这些均会导致框架结构具有较差的抗震能力，在地震作用下，建筑结构会受到不同程度的破坏甚至倒塌，造成重大损失。使用有效地方法对建筑物进行抗震加固是改ityof Technology
for
The Master Degree of
Structural Engineering
THE OVERALL SEISMIC PERFORMANCESTUDYOFRCFRAME STRUCTUER AFTER STRENGTHENED BASED ON ANSYS
November 2012
原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。
ANSYS中混凝土的计算问题 本构模型
ANSYS中混凝土的计算问题最近做了点计算分析，结合各论坛关于这方面的讨论，就一些问题探讨如下，不当之处敬请指正。
一、关于模型钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式主要分为三种，即分离式、分布式和组合式模型。
考虑钢筋和混凝土之间的粘结和滑移，则采用引入粘结单元的分离式模型；假定混凝土和钢筋粘结很好，不考虑二者之间的滑移，则三种模型都可以；分离式和分布式模型适用于二维和三维结构分析，后者对杆系结构分析比较适用。
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，后者目前尚处研究之中，主要应用的是前两种。
离散裂缝模型和分布裂缝模型各有特点，可根据不同的分析目的选择使用。
随着计算速度和网格自动划分的快速实现，离散裂缝模型又有被推广使用的趋势。
就ANSYS而言，她可以考虑分离式模型(solid65+link8，认为混凝土和钢筋粘结很好，如要考虑粘结和滑移，则可引入弹簧单元进行模拟，比较困难！)，也可采用分布式模型(带筋的solid65)。
而其裂缝的处理方式则为分布裂缝模型。
二、关于本构关系混凝土的本构关系可以分为线弹性、非线性弹性、弹塑性及其它力学理论等四类，其中研究最多的是非线性弹性和弹塑性本构关系，其中不乏实用者。
混凝土破坏准则从单参数到五参数模型达数十个模型，或借用古典强度理论或基于试验结果等，各个破坏准则的表达方式和繁简程度各异，适用范围和计算精度差别也比较大，给使用带来了一定的困难。
就ANSYS而言，其问题比较复杂些。
1 ANSYS混凝土的破坏准则与屈服准则是如何定义的？采用tb,concr,matnum则定义了W-W破坏准则(failure criterion)，而非屈服准则(yi eld criterion)。
W-W破坏准则是用于检查混凝土开裂和压碎用的，而混凝土的塑性可以另外考虑（当然是在开裂和压碎之前）。
理论上破坏准则(failure criterion)和屈服准则(y ield criterion)是不同的，例如在高静水压力下会发生相当的塑性变形，表现为屈服，但没有破坏。
ANSYS 钢筋混凝土建模
ANSYS 钢筋混凝土建模一、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(******************.cn)。
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。
暗支撑剪力墙数值模型看过很多的资料，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。
LINK8+SOLID65的问题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。
基于ANSYS的钢筋混凝土结构有限元分析研究
基于ANSYS的钢筋混凝土结构有限元分析研究钢筋混凝土结构是当今建筑结构中最常见的一种结构形式，其具有良好的承载能力、抗震性能和耐久性。
在设计和施工过程中，通过有限元分析工具可以对钢筋混凝土结构进行详细的工程分析和模拟，分析结构的受力性能、应力分布等关键参数，为结构设计和优化提供科学依据。
ANSYS是一种基于有限元法的工程仿真分析软件，广泛应用于工程领域。
在钢筋混凝土结构有限元分析中，ANSYS可以模拟和计算结构在不同荷载和边界条件下的响应，从而评估结构的稳定性和安全性。
首先，在有限元分析中，需要构建一个准确的结构模型。
首先，根据实际结构图纸，使用计算机辅助设计软件绘制出结构的几何模型，并导入到ANSYS软件中。
然后，根据结构的材料特性和截面形状，定义合适的材料模型和单元类型，并进行网格划分。
钢筋混凝土结构常使用梁单元和壳单元进行分析建模，其中梁单元用于模拟梁、柱等构件，壳单元用于模拟板、墙等构件。
其次，进行结构的加载和分析。
在ANSYS中，可以设置各种静力或动力加载条件，例如自重、活载、风荷载、地震荷载等。
对于钢筋混凝土结构，还需要考虑材料的非线性特性，例如混凝土和钢筋的应力-应变关系，以及混凝土的损伤模型和破坏准则等。
在加载过程中，ANSYS会通过有限元方法对结构的应力分布、位移响应、变形情况等进行计算和分析。
根据计算结果，可以获取结构在不同加载情况下的应力应变分布图、位移云图等。
最后，进行结构的评估和优化。
通过有限元分析，可以评估结构在设计荷载下的整体稳定性和安全性，包括关键构件的承载能力、变形情况等。
如果结构不满足要求，可以通过修改材料参数、截面尺寸等优化结构设计，再次进行分析。
由于ANSYS具有强大的计算能力和灵活的模拟功能，可以对不同设计方案进行比较，从而找到最优的结构方案。
总之，基于ANSYS的钢筋混凝土结构有限元分析研究可以提供结构设计和优化的科学依据，增强结构的安全性和经济性。
基于ANSYS的钢筋混凝土T形梁优化设计三维实体建模技术研究
角 的大小 ） 支撑 位 置 、 造 费 用 、 、 制 自然 频 率 、 料特 材Байду номын сангаас性 等 。工 程上 的优化 问题 一般 是采 用数 学规划 理论 并 借 助 于计算 机 编程 来 实现 。 是 随 着工 程 优 化设 但 计 的应用 愈 来愈 广 。 有些 问题 不能 通 过计 算 机 编程
出现错 误 结 果 或 现 较 大 误 差 。通 过对 Ａ Ｓ Ｓ 钢 筋 混 凝 土 Ｔ 梁 优 化 设 计 中 的应 用 研 究 ． 出 了建 立 钢 筋 混 凝 土 结 构 Ｔ 梁 ＮＹ 在 形 给 形
参 数 化 ｊ 维 实体 模 型 的 方 法 。 三
关键词
Ａ Ｓ Ｓ 钢 筋混 凝 土 Ｔ 梁 ＮＹ 形
的关 键步 骤 。 成循 环 所 用 的分 析 文 件 。分 析 文 件 生
用 的 结构 。 文 利用 大 型有 限元 分析 软 件Ａ Ｓ Ｓ 本 Ｎ Ｙ 来
实 现 对钢 筋混 凝 土Ｔ 梁 的优 化设 计 。使其 得 到最 形 为合理 的结 构尺寸 。 节省 了工 程造 价 。 借 助 Ａ Ｓ Ｓ 钢 筋 混 凝 土 这 种 复杂 材 料 的结 ＮＹ 对
维普资讯
第 ６卷
第 ２ ０期
２０ ０ ６年 １ ０月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ ．６ Ｎｏ Ｏ Ｏｃ ． ２ ｏ １ ．２ ｔ ｏ６
１ ７ １ １ ２ ０ ） ０— ３ ３— ３ ６ １— ８ ５（ ０ ６ ２ ３ ７ ０
Ｓ ｉｎ ｅＴ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｃｅ ｃ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
型钢混凝土结构ANSYS数值模拟技术研究
型钢混凝土结构ANSYS数值模拟技术研究一、本文概述随着建筑行业的快速发展，型钢混凝土结构因其高强度、高刚度和良好的延性等优点，在高层建筑、大跨度桥梁和重载工业厂房等工程领域得到了广泛应用。
然而，型钢混凝土结构在受力过程中的性能分析和优化设计面临诸多挑战，如材料的非线性、几何的非线性、复杂的边界条件以及多种荷载工况的耦合作用等。
因此，开展型钢混凝土结构的数值模拟技术研究具有重要的理论意义和实用价值。
本文旨在通过ANSYS数值模拟技术对型钢混凝土结构进行深入研究。
对型钢混凝土结构的受力特点和破坏机理进行深入分析，明确数值模拟的关键问题和难点。
详细介绍ANSYS软件在型钢混凝土结构数值模拟中的应用，包括材料模型的选取、单元类型的确定、边界条件和荷载工况的模拟等方面。
接着，通过具体的工程案例，验证ANSYS 数值模拟技术在型钢混凝土结构分析中的准确性和可靠性。
探讨ANSYS数值模拟技术在型钢混凝土结构优化设计中的应用前景，为实际工程提供有益的参考和借鉴。
本文的研究内容将为型钢混凝土结构的数值模拟提供理论支持和实践指导，有助于推动该领域的技术进步和创新发展。
本文的研究成果也将为相关领域的学者和工程师提供有益的参考和启示，促进型钢混凝土结构数值模拟技术的广泛应用和推广。
二、型钢混凝土结构概述型钢混凝土结构是一种由型钢和混凝土两种材料组合而成的复合结构。
这种结构形式在建筑工程中得到了广泛的应用，特别是在需要承受大跨度、重载和地震等极端条件下的建筑物中，其优良的力学性能和抗震性能尤为突出。
型钢混凝土结构的特点在于其能够有效地结合两种材料的优点：型钢的高强度、高刚度和优良的延性，以及混凝土的抗压强度高、耐久性好等特点。
在这种结构中，型钢作为骨架，承受着主要的拉应力和压应力，而混凝土则填充在型钢之间，起到保护型钢、传递剪力和提供额外抗压强度的作用。
从设计角度来看，型钢混凝土结构的设计需要考虑到材料性能、结构形式、荷载条件、施工条件等多个因素。
用Ansys或Abaqus分析钢管混凝土结构或构件
用Ansys或Abaqus分析钢管混凝土结构或构件以上两个软件国外都有人用来分析钢管混凝土结构，但建模的方法不尽相同。
关键在于钢管和混凝土本构关系的选取以及两者之间的界面处理方法，各位有没有这方面的经验能向我们大家介绍一下。
==========程序中大概只有Drucker-Prager比较适合描述受约束混凝土的本构关系，因为这个模型可以考虑 hydrostatic stress （流体静应力）的影响。
在程序中，需要输入cohesion, angle of internal friction，(one more for ANSYS is the angle of dilatancy)。
值得注意的是，两个软件确定这几个参数的公式各不相同，很是令人头疼。
其实user manuals不可能给出明确的表达式，因为到目前为止，好像没有研究把钢管的强度，混凝土的强度，含钢率等等因素（i.e. the confinement）全部在Drucker-Prager 中考虑进去。
至于两种材料的界面，日本的 Hanbin Ge曾用link element来模拟，但在他的文章中，没有详细的描述。
轴压状况下，好像可以忽略滑移。
偏压可能情况有所不同。
==========韩教授书上的混凝土应力-应变关系，可以简单理解为单向受力的混凝土本构关系（考虑了钢管的约束），因此不能用于多向应力状态下混凝土的有限元分析。
材料非线性有限元分析，需要定义材料的屈服面，流动准则，强化准则，等等。
对受约束的混凝土，还要考虑体积膨胀，钢管对它的约束等因素。
显然，不是一个简单的应力-应变曲线所能概括的。
==========三向有限元分析，需要定义屈服面、流动准则和强化准则等等，而考虑钢管约束的混凝土本构关系，只是应力-应变关系。
对钢管混凝土的有限元分析，主要困难是如何定义屈服面，和模拟两个材料之间的滑移，我曾经用过接触分析（contact analysis）来求轴压构件的承载力，发现最大承载力能够比较精确地求得，但是精确的荷载-位移曲线很难获得，因为商用软件（Ansys\Marc）里面的D-P模型是塑性模型。
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基于ANSYS 的钢筋混凝土结构三维实体建模技术探讨王 萱12,赵星明1,王 慧2,崔丽中3,苏道武4(1.山东农业大学水利土木工程学院,山东泰安 271000;2.合肥工业大学土木建筑工程学院,安徽合肥 230009;3.山东烟台开发区自来水公司,山东烟台 264006;4.东阿县水务局,山东东阿 252200)摘要:利用有限元分析软件ANSYS 对钢筋混凝土结构进行分析,关键是模型的建立,如果模型建立不当,就会出现错误结果或出现较大误差。
本文通过对ANSYS 在钢筋混凝土结构弹塑性分析中的应用研究,结合具体平流式沉淀池的特点,给出了建立钢筋混凝土结构三维实体模型的方法。
关键词:ANSYS;钢筋混凝土结构;三维模型;有限元中图分类号:TU375 文献标识码:A 文章编号:1000-2324(2004)01-0113-05收稿日期:2003-11-18作者简介:王 萱(1965- ),女,合肥工业大学在读硕士,主要从事土木工程学科的教学和研究工作.通讯作者:Author for correspendence E-mail XMzhao@THE RESEARC H OF 3D MODEL TO RC STRUCTURE BASED ON ANSYSW ANG Xuan,ZHAO Xing-ming,W ANG Hui,C UI Li-zhong,SU Dao-wu(1.College of Hydraulic and Ci vil engi neering,Shandong Agricul tural University,Tai an 271000,China;2.College of Civil and Architectural engineering,Hefei Indus trial Univers ity,Hefei 230009,China;3.Water Supply Co.,Yantai development area,Yantai 264006,Chi na;4.Water Conservancy Bureau,Donge 252200,China)Abstract:In analysis RC struc ture with ANSYS,the establss shoneuf of a proper FEA model is important.If the FEA model is not correct,there will make mistakes.In this paper,based on the application study of ANSYS in the analysis of RC structure combined with the specific characteristics of the horizontal-flow tank,the auther gave the building method of 3D entity model to RC struc ture.Key words:ANSYS,RC structure,three dimensional model,finite element1 引言ANSYS 有限元分析软件具有功能极为强大的前后处理及计算分析能力,能够模拟结构等多种物理场间的耦合效应,可以实现对结构的 全过程仿真 和 全过程分析 。
但ANSYS 中提供的材料模型大多数为基于经典材料力学理论的均质材料模型,与混凝土的本构关系有很大区别。
借助ANSYS 对钢筋混凝土这种复杂材料的结构进行分析时,需要针对分析对象的结构层次、分析类型、荷载水平等合理采取单元类型和材料模型,才能够取得满意的分析结果。
结构分析的主要步骤为: 建立结构模型。
定义单元类型、赋予单元实常数构成结构几何体;定义几何体材料属性从而构成结构模型;对结构模型进行划分网格。
施加载荷和边界条件。
根据工程具体分析要求,等效简化边界约束,布置承受荷载。
校验、求解。
运行过程中通过参数效验、检查模型建立的准确性,及时进行修正。
评价和分析结果。
运行结果可以通过控制输出模式,根据需要得到各种有关的力学性能参数,以表格、图形、动画等各种形式表现输出,对计算结果进行分析评价。
2 钢筋混凝土结构有限元分析单元类型通常钢筋混凝土结构有限元分析单元分为两个层次:杆系单元和实体单元。
前者着重分析单元力(包山东农业大学学报(自然科学版),2004,35(1):113~117Journal of Shandong Agricultural University (Natural Science)括力和弯矩)与位移(包括位移和转角)之间的关系,而后者着重分析单元的应力 应变关系。
单元类型的选取应兼顾计算规模、材料模型的精度等多方面的因素。
对于全结构规模较大,可将结构离散成杆系单元进行分析。
对于复杂区域(梁柱节点)或重要的构件等可将杆系结构体系计算的力和位移施加到实体单元模型上,分析局部应力和应变。
在结构分析中应尽可能多地采用三维实体单元模型,力求最大程度的真实模拟实际结构构件。
3 钢筋混凝土结构有限元分析中的模型钢筋混凝土结构不同于一般均质材料,它是由钢筋和混凝土两种材料构成的,一般钢筋是被包围在混凝土之中,而且相对体积较少,因此建立结构有限元模型需考虑这些特性。
构成钢筋混凝土结构的有限元模型主要有以下三类:3.1 分离式模型分离式模型把混凝土和钢筋作为不同的单元来处理,即混凝土和钢筋各自被划分为足够小的单元。
考虑到钢筋是一种细长材料,通常可忽略其横向抗剪强度。
这样,可以将钢筋作为线形单元处理(如AN SYS 中的link8单元)。
混凝土可采用四面体单元等实体单元(如ANSYS 中的solid65单元)。
在该模型中,钢筋和混凝土之间可以插入联结单元来模拟钢筋和混凝土之间的粘结和滑移,若钢筋和混凝土之间的粘结很好,不会有相对滑移,则可视为刚性联结,可以不考虑联结单元问题。
众所周知,钢筋混凝土是存在裂缝的(否则钢筋难以发挥作用),而开裂必然导致钢筋和混凝土变形不协调,也就是说必然存在粘结失效和滑移的产生,因此这种模型被广泛的应用。
单元刚度矩阵的推导与一般有限元相同。
3.2 组合式模型组合式模型是假设钢筋以一个确定的角度分布在整个单元中,并假设混凝土与钢筋之间存在着良好的粘结,认为两者之间无滑移。
又分为分层组合方式和带钢筋膜的方式等。
该单元刚度矩阵推导时分别求出各自的单元刚度,然后组合起来。
3.3 整体式模型整体式模型是假设钢筋分布于整个单元中,并把单元视为连续均匀材料(如ANSYS 中的四面体等实体单元-solid65单元选择混凝土材料时),采用混凝土-钢筋复合的本构关系,把混凝土、钢筋二者的贡献组合起来,一次求得综合的单元刚度矩阵。
后两种模型共同点是它们的单元刚度矩阵都是反映钢筋混凝土的综合刚度。
4 钢筋混凝土结构分析中裂缝处理的主要方式混凝土最重要的特征之一是其抗拉强度很低,在很多情况下混凝土结构是带缝工作的。
裂缝引起周围应力的突然变化和刚度降低。
裂缝处理的适当与否是能否正确地分析钢筋混凝土结构的关键问题。
同时,也是较难处理的复杂问题。
目前,处理裂缝的方法有3种。
4.1 离散裂缝模型也称单元边界的单独裂缝模型,即将裂缝处理为单元边界,一旦混凝土开裂,就增加新的结点,重新划分单元,使裂缝处于单元和单元边界之间。
该方法可以模拟和描述裂缝的发生和发展,甚至裂缝宽度也可确定。
但因几何模型的调整、计算量大等,其应用受到限制。
4.2 分布裂缝模型也称单元内部的分布裂缝模型,以分布裂缝来代替单独的裂缝,即在出现裂缝以后,仍假定材料是连续的,仍然可用处理连续体介质力学的方法来处理。
某单元积分点的应力超过了开裂应力,则认为整个积分点区域开裂,并且认为是在垂直于引起开裂的拉应力方向形成了无数平行的裂缝,而不是一条裂缝。
由于不必增加节点和重新划分单元,很容易由计算自动进行处理,因而得到广泛的应用。
4.3 断裂力学或其它模型断裂力学在混凝土结构分析领域的研究十分活跃,但主要都集中于单个裂缝的应力应变场的分布问 114 山东农业大学学报(自然科学版) 第35卷题,对于多个裂缝及其各个裂缝之间的相互影响问题,研究工作目前尚不成熟。
5 在ANSYS 中钢筋混凝土结构采用的各种模型5.1 钢筋混凝土结构模型在ANSYS 中可选分离式模型和整体式模型。
在分离式模型中,钢筋和混凝土可以采用不同的单元划分方式,例如均采用体单元,但是这种模型的收敛性常存在问题。
在整体式模型中,有专门用于钢筋混凝土结构的Solid65单元及Concrete 材料,可以考虑反映混凝土压溃和开裂。
Solid65单元为八节点六面体单元,通过定义三个方向的配筋率考虑三个方向的钢筋情况。
混凝土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合截面的剪切传递参数,单轴和多轴的抗拉、抗压强度等。
这种模型比较容易得到收敛的解。
5.2 材料模型ANSYS 软件中提供了许多材料模型,材料属性有:线性材料和非线性材料;同性、正交各向异性和非弹性材料;温度相关和温度无关材料等。
但大多数为基于经典材料力学理论的均质材料模型,与混凝土的本构关系有很大区别,这些材料模型包括经典双线性随动强化模型(Bilinear Kinematic,B KIN)、多线随动强化模型(Multilinear Kine matic,MKIN)、双线等向强化模型(Bilinear Isotropic,BISO)、多线等向强化模型(Multi linear Isotropic,MISO)等,这些材料模型均符合Von Mise 屈服准则,其应力应变关系曲线如图1。
图1 ANSYS 提供的四种材料模型曲线Fig.1 The material m odels in ANSYS钢筋混凝土中钢筋作为一种金属材料,其力学模型相对容易把握,可采用双线性随动强化模型(B KIN)。
混凝土作为一种混合材料,其本构关系非常复杂如图2。
ANSYS 中多线性随动强化模型(MKIN)合理的选取参数后可以比较接近混凝土模型如图3。
该模型可以描述下降段,反映混凝土的软化。
也可以通过合理采用 1、 2、 3的值调整本构模型曲线,模拟材料的 包兴格效应 。
但是,该模型还不足以反映混凝土材料特性,如该模型无法反映混凝土压溃和开裂后退出工作的特性,而混凝土不开裂则钢筋不能发挥作用从而未能发挥钢筋混凝土的优势。
因此,该模型可以在线弹性阶段或混凝土单调加载进入非线性阶段范围内描述混凝土的特性,该模型还不能够完整地描述混凝土特性。