ANSYS非线性分析：1-非线性分析概述

第一章钢筋混凝土结构非线性分析概述

1.1 钢筋混凝土结构的特性

1.钢筋混凝土结构由两种材料组成，两者的抗拉强度差异较大，在正常使用阶段，结构或构件就

处在非线性工作阶段，用弹性分析方法分析的结构内力和变形无法反映结构的真实受力状况；

2.混凝土的拉、压应力-应变关系具有较强的非线性特征；

3.钢筋与混凝土间的黏结关系非常复杂，特别是在反复荷载作用下，钢筋与混凝土间会产生相对

滑移，用弹性理论分析的结果不能反映实际情况；

4.混凝土的变形与时间有关：徐变、收缩；

5.应力-应变关系莸软化段：混凝土达到强度峰值后有应力下降段；

6.产生裂缝以后成为各向异形体。

混凝土结构在荷载作用下的受力-变形过程十分复杂，是一个变化的非线性过程。

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1.2 混凝土结构分析的目的和主要内容

《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）中新增的主要内容：(1)混凝土的本构关系和多轴强度：给出了单轴受压、受拉非线性应力-应变（本构）关系，混凝土二轴强度包络图、三轴抗压强度图和三轴应力状态破坏准则；（2）结构分析：规范概括了用于混凝土结构分析的5类方法，列入了结构非线性分析方法。

一、结构分析的基本目的：计算在各类荷载作用下的结构效应——内力、位移、应力、应变

根据设计的结构方案确定合理的计算简图，选择不利荷载组合，计算结构内力，以便进行截面配筋计算和采取构造措施。

二、结构分析的主要内容：（1）确定结构计算简图：考虑以下因素：(a)能代表实际结构的体形和

尺寸；(b)边界条件和连接方式能反映结构的实际受力状态，并有可靠的构造措施；(c)材料性能符合结构的实际情况；(d)荷载的大小、位置及组合应与结构的实际受力吻合；(e)应考虑施工偏差、初始应力及变形位移状况对计算简图进行适当修正；(f)根据结构受力特点，可对计算简图作适当简化，但应有理论或试验依据，或有可靠的工程经验；(g)结构分析结果应满足工程设计的精度要求。（2）结构作用效应分析：根据结构施工和使用阶段的多种工况，分别进行结构分析，确定最不利荷载效应组合。根据荷载工况，对结构进行整体或局部特殊部位分析，以保证结构安全。

三、混凝土结构分析的方法和手段：

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1、五类结构分析方法：

（1）线弹性分析：以弹性本构关系和小变形为基础，利用材料力学、结构力学方法分析结构。如框架结构内力分析。

（2）塑性内力重分布分析：建筑结构大多属超静定结构，利用结构的冗余约束以充分发挥其作用。

如肋梁楼盖的内力计算方法。

（3）塑性极限分析：将结构视为理想刚塑性，不考虑材料的的弹性性质和强化效应，求钢筋混凝土结构的极限荷载。目的是评价钢筋混凝土结构的极限荷载，不注重结构加载的全工程。

（4）非线性分析：利用材料非线性本构关系或非线性边界条件，用有限元方法对结构进行从加载到破坏的全过程分析，能得到应力、应变状态及其发展规律、裂缝分布与发展，以揭示结构的薄弱部位和环节，改进结构设计。

（5）试验分析：

2、手段：手算、计算机软件计算，借助于基本力学概念，审核判断结构分析的成果，用试验数据

验证计算分析结果，以保证分析质量。

1.3 结构有限元分析

结构有限元分析的基本未知量是节点位移，结构分析的其它量（应力、应变、内力）都可以通过节点位移计算出。

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一、结构有限元分析的基本步骤：

混凝土结构分析的目的就是求出混凝土结构的荷载效应。有限元法求解弹塑性问题的基本步骤：

1．结构的离散化：把结构划分成有限个单元体，并在单元体的指定位置设置节点，相邻单元在节点处连接，代替原来的结构。离散程度取决于结构分析要求的精度和单元的阶数。

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极限荷载值：48单元=16.73kN;432单元

=6.6kN