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。

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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。

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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。

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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。最近正在想定义一个适用于钢管混凝土的本构关系，不知道能够行的通。有了确定的结果，一定和大家探讨。

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没想到一年前发的一个帖子引起大家这麽多关注，感谢大家的支持。

本人现在已完全实现用Ansys分析钢管混凝土，现在将我的思路介绍一下，不当之处请指正。

1。钢单元采用壳元，混凝土采用实体元，界面采用接触单元，另外也可以加弹簧单元，如果加弹簧单元后，接触元的摩擦系数可设为0。

2。钢材用弹塑性模型,泊桑比可取为0.25，混凝土模型的弹性阶段泊松比可取为0.2，弹塑性阶段有两种方式实现，一种采用Drucker-Prager模型，因为该模型中两个参数和具体约束状态相关，但选择时计算结果差别不大，建议对于圆形截面采用同一组参数，对于方、矩形分区采用两组参数；另一种方法是直接输

入由试验得出的单向素混凝土模型，因为所谓的三向应力应变模型是在单向基础上产生的，给出双向应力状态和单向应力状态情况下的比值，根据计算过程中截面的变形，即可得出截面实际的应力分布。界面的摩擦系数可采用0.25。

3。对于短柱可采用1/4对称截面，对于长柱可采用1/2对称截面。

4。以上方法分析结果不仅能较精确的得出承载力，而且能模拟下降段，和大量试验结果吻合较好。

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请问各位高手，钢管混凝土接触分析中，面对面的接触单元怎么生成？需要设置什么参数？看了几本书，都讲的很含糊，看不懂，不知怎么搞？现在只会用接触单元向导做，挺麻烦的，选择面不好选！而且程序自己完成了设置，要是它采用的参数和自己想要的不一样咋办？

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ttt_ttt所说的：

直接输入由试验得出的单向素混凝土模型，因为所谓的三向应力应变模型是在单向基础上产生的，给出双向应力状态和单向应力状态情况下的比值

那输入应力应变关系时是直接用单向应力应变关系？还是输入考虑三向应力状态后（更改参数后）所计算的应力应变关系？

ansys中可否按书上所列的输入完整的三向应力应变关系，而不是仅仅一条应力应变曲线？如何输入啊？

也看到有人说，定义tb,concr后，定义tb,mkin,输入混凝土的应力应变关系曲线，这样也就将屈服准则、流动法则、硬化法则等确定了。这样计算是否合理？输入的单轴应力应变可否？

望各位大侠不吝指教

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1、钢管对混凝土的约束效应，根本不能由弹簧单元反映出来。

因为，受到约束后的混凝土相当于一种特殊的混凝土，可以称为“约束混凝土”，而对于约束混凝土，必须首先研究其本身的本构关系，即应力-应变发展关系，同时需要研究它的屈服准则、后继屈服准则以及破坏准则，这就需要有新的材料模型，“约束混凝土”与普通混凝土的本构关系有区别，在过镇海《钢筋混凝土原理》一书中，专门介绍过约束混凝土的本构关系KENT-PARK模型。在韩林海老师一书中也有介绍。

2、弹簧的模拟只是可以将钢管对混凝土的约束作用进行传递。

混凝土的受约束后的性能有了，但是它受到钢管的约束这样产生，主要是通过弹簧单元或其他界面单元来实现，实现的准确有否，关键在于弹簧的f-d曲线来定义，可以用combination39来模拟。

3、混凝土的材料本构的定义

（1）、D-P材料，可以反映混凝土的拉压强度不同，但是不能反映开裂。至于三个参数的取值，可以参考ANSYS中文手册的高级手册。

（2）、CONCRETE材料的定义。

单调加载分析本人建议：

（A）、受约束混凝土的应力-应变关系：非线弹性材料曲线。

（B）、CONCRETE破坏准则。

反复加载分析，陆新征建议：

（A）、随动强化模型；