钢筋混凝土有限元分析的几个问题()
同济大学土木工程第十一章混凝土结构的设计方法和理念
同济⼤学⼟⽊⼯程第⼗⼀章混凝⼟结构的设计⽅法和理念第⼗⼀章混凝⼟结构的设计⽅法和理念⼀、计算理论⼆、结构的鲁棒性三、建筑结构设计理论的发展四、结构极限状态的基本概念五、结构可靠度的基本概念六、近似概率法在设计规范中的应⽤七、传统设计理念的启⽰z钢筋混凝⼟结构的有限元分析⽅法钢筋混凝⼟有限元法中，针对钢筋与混凝⼟两种材料组合特点、裂缝形成和扩展的特点，需要研究的主要问题有：①混凝⼟的破坏准则；②混凝⼟的本构关系；③钢筋与混凝⼟之间的粘结关系；④钢筋的本构关系；⑤裂缝处理；⑥对于长期荷载，还要考虑材料的时效，主要是混凝⼟的徐变、收缩和温度特性。
钢筋混凝⼟结构的有限元分析与⼀般固体⼒学有限元分析相⽐，其特点是：①材料的本构关系；②有限元的离散化。
考虑这些特点的钢筋混凝⼟结构的有限元模型有：①分离式模型；②组合式模型；③整体式模型；④有限区模型。
z钢筋混凝⼟结构的极限分析对于板、壳、连续梁、框架结构的极限承载⼒，采⽤极限分析法直接求解，是⼀个发展⽅向，并已有较多成果，但需保证结构的正常使⽤（限制裂缝和变形）和薄壁结构与细长压杆的稳定性，以及防⽌脆性的剪切破坏和钢筋锚固失效。
z混凝⼟断裂⼒学在计算理论中，另⼀个值得注意的发展⽅向是混凝⼟断裂⼒学在⽔⼯⼤坝中的应⽤。
z混凝⼟的收缩与徐变混凝⼟收缩与徐变的研究⼀直是混凝⼟计算理论中的⼀个重要⽅⾯，对⽔⼯混凝⼟及预应⼒混凝⼟的计算理论影响甚⼤。
我国⽔利⽔电科学研究院多年来进⾏了系统的研究，出版了专著《混凝⼟的收缩》和《混凝⼟的徐变》，对影响混凝⼟收缩和徐变的因素，结合我国⼯程实际情况，提出了估算收缩的⽅法，介绍了六种徐变计算理论。
z⼯程结构可靠度⼯程结构包括混凝⼟结构，在设计、施⼯、使⽤过程中，事物具有种种影响结构安全性、适⽤性和耐久性的不确定性，这些不确定性⼤致可分为：①事物的随机性：荷载、材料等随机性②事物的模糊性：如“正常使⽤”与“不正常使⽤”，耐久性“好”、“良好”、“不好”之间⽆明确界限③信息的不安全性：部分信息已知的系统成为灰⾊系统，在⼯程结构设计中由于对情况认知不完全，或对决策者不能提供完备的信息，就会遇到灰⾊系统问题。
有限元分析在钢筋混凝土结构中的应用剖析
论文题目：钢筋混凝土有限元分析技术在结构工程中的应用学生姓名：刘畅学号：2014105110学院：建筑与工程学院2015 年06月30日有限元分析在钢筋混凝土结构中的应用【摘要】在国内外的土木工程中，钢筋混凝土结构因具有普遍性、可靠性良好、操作简单等优点，而得到了广泛的应用。
钢筋混凝土结构是钢筋与混凝土两种性质截然不同的材料组合而成，由于其组合材料的性质较为复杂，同时存在非线性与几何线形的特征，应用传统的解析方法进行材料的分析与描述在受力复杂、外形复杂等情况下较为困难，往往不能得到准确的数据，给工程安全带来隐患。
而有限元分析方法则充分利用现代电子计算机技术，借助有限元模型有效解决了各种实际问题。
【关键词】有限元分析；钢筋混凝土结构；应用随着计算机在工程设计领域中的广泛应用，以及非线性有限元理论研究的不断深入，有限元作为一个具有较强能力的专业数据分析工具，在钢筋混凝土结构中得到了广泛的应用。
在现代建筑钢筋混凝土结构的分析中，有限元分析方法展现了较强的可行性、实用性与精确性。
例如：在计算机上应用有限元分析法，对形状复杂、柱网复杂的基础筏板，转换厚板，体型复杂高层建筑侧向构件、楼盖，钢- 混凝土组合构件等进行应力，应变分析，使设计人员更准确的掌握构件各部分内力与变形，进而进行设计，有效解决传统分析方法的不足，满足当前建筑体型日益复杂，工程材料多样化的实际情况。
但是在有限元分析方法的应用中，必须结合钢筋混凝土结构工程的实际情况，选取作为合理的有限元模型，才能保证模拟与分析结果的真实性、精确性与可靠性。
在钢筋混凝土结构工程中，非线性有限元分析的基本理论可以概括为：1）通过分离钢筋混凝土结构中的钢筋、混凝土，使其成为有限单位、二维三角形单元，钢箍离散为一维杆单元，以利于分析模型的构建；2）为了合理模拟钢筋、混凝土之间的粘结滑移关系，以及裂缝两侧混凝土的骨料咬合作用，可以根据实际需要在钢筋、混凝土之间，以及裂缝两侧的混凝土之间设置相应的连结单元；3）结合钢筋混凝土结构的材料性质，选用与各类单元相适应的本构关系，即应力应变关系，此类关系为线性或非线性均可；4）与一般的有限元分析方法相同，非线性有限元分析也需要确定各单元的刚度矩阵，并且将其组合为钢筋混凝土结构的整体刚度矩阵，根据结构所受到的各种荷载作用与约束，计算出有限元结点的位移情况、单元应变与单元应力等。
钢筋混凝土结构的有限元
l
K
2
l
N
T
k
N
dx
2
积分后展开，可得单元刚度矩阵的表达式如下：
K l
62k x0Fra bibliotek2k y
对称
k x 0
0 2k x
k y
0 2k y
N
Nx
N
y
kh
0
0 kv
u v
D w
(3-73)
其中N x与N y分别为沿x与沿 y方向弹簧中的内
力。利用虚功原理可以建立节点力与内力之间
的关系 F BT N
式中:节点力 F X i Yi X j Yj T。
将式(3-72)和式(3-73)代入，可得
F BT Dw BTDB K
因为钢筋混凝土结构由钢筋和混凝土两种材 料组成。如何将这类结构离散化，这一问题 与一般均匀连续的由一种或几种材料组成的 结构有类似之处，但也有不同之点。由于钢 筋混凝土结构中的钢筋一般被包裹于混凝土 之中，而且相对体积较小，因之，在建立钢 筋混凝土的有限元模型时，必须考虑到这一 特点。通常构成钢筋混凝土结构的有限元模 型主要有三种方式：分离式、组合式和整体 式。现在分别介绍如下。
)u3
(1 2
x l
)u
4
v
( 1 2
x l
)v1
(1 2
x l
)v2
(1 2
x l
)v3
(1 2
x l
)v4
用矩阵形式表示，可简写为
w
u v
N
式中： —节点位移列阵 u1 v1 u2 v2 u3 v3 u4 v4 T
N —形函数矩阵；
N
(
钢筋混凝土结构建模与有限元分析的应用研究
钢筋混凝土结构建模与有限元分析的应用研究钢筋混凝土是目前使用最广泛的建筑材料之一，因其强度高、耐久性好、施工灵活性高等优点而被广泛应用于各种建筑结构中。
在设计和施工过程中，钢筋混凝土结构需要进行建模和有限元分析，以确保结构的安全性和可靠性。
本文将探讨钢筋混凝土结构建模与有限元分析的应用研究。
钢筋混凝土结构的建模是指将实际结构的几何形状、材料特性和边界条件等信息转化为计算模型的过程。
建模的目的是得到一个能够准确描述结构行为的数学模型，以用于有限元分析。
在建模过程中，需要考虑结构的几何形状、材料性质、外界荷载、支座条件等因素。
一般情况下，可以使用计算机辅助设计（CAD）软件进行几何建模，根据结构的实际情况选择不同类型的有限元单元进行离散化。
有限元分析是指利用数值方法将结构分割为有限个子单元，在每个子单元内进行力学计算，并通过求解子单元之间的平衡关系来得到整个结构的应变、应力和变形等力学参数。
在有限元分析中，需要输入已建模的结构几何信息、材料特性、边界条件和荷载信息等数据，对结构进行数值计算，得到结构在不同工况下的力学响应。
根据计算结果，可以评估结构的安全性，如极限承载力、变形性能等，为结构的设计和施工提供参考依据。
钢筋混凝土结构建模与有限元分析的应用研究主要涉及以下方面：1. 结构性能评估：通过建立真实的结构模型，使用有限元方法对结构在正常使用条件下的力学性能进行分析，包括承载性能、刚度、振动特性等。
通过对结构的性能进行评估，可以发现结构的弱点和不足之处，为结构改进和优化提供依据。
2. 抗震性能研究：钢筋混凝土结构在地震荷载下的抗震性能是一个重要的研究方向。
通过建立真实的3D结构模型，考虑结构的非线性行为、接触条件、材料的损伤和破坏等因素，进行地震动力学分析，评估结构在地震荷载下的抗震性能，并提出相应的抗震设计措施。
3. 施工工艺模拟：在实际的施工阶段，建筑结构会受到施工工艺的影响，包括浇筑过程中的温度和应力的变化等。
混凝土的开裂有限元分析-XinzhengLu
2 (1 + ν ) K III E
!
求θ 使得(σθ)max
清华大学研究生课程——《钢筋混凝土有限元》
清华大学研究生课程——《钢筋混凝土有限元》
清华大学研究生课程——《钢筋混凝土有限元》
计算方法
∂σ θ =0 ∂θ r = r0
裂缝扩展判断标准
∂ 2σ θ ∂θ 2 <0 r =r0
受弯破坏
!
裂缝使得混凝土的抗弯刚度损失超过1/3 斜裂缝是构件破坏的重要原因 裂面抗剪贡献占整个构件承载力的30%以上
!
受剪受扭破坏
! !
!
局部承压破坏、受拉破坏都和裂缝行为 关系密切
清华大学研究生课程——《钢筋混凝土有限元》
清华大学研究生课程——《钢筋混凝土有限元》
清华大学研究生课程——《钢筋混凝土有限元》
K I cos
θ0
2
(3 cos θ 0 − 1) − K II sin
θ0
2
K θ > K IC
!
(9 cos θ 0 + 5) > 0
清华大学研究生课程——《钢筋混凝土有限元》
清华大学研究生课程——《钢筋混凝土有限元》
清华大学研究生课程——《钢筋混凝土有限元》
有限元法求KI, KII
u= 1 4G 1 4G r [K I f1 (θ ) + K II g1 (θ )] 2π r [K I f 2 (θ ) + K II g 2 (θ )] 2π
! ! !
最大周向应力理论
σr =
σθ = τ rθ =
裂缝扩展单位长度时所需要的能量 G 弹性情况下，能量判据可以与应力强度因子判 据互换
钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式共3篇
钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式共3篇钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式1钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式钢筋混凝土是建筑结构中广泛使用的材料之一。
在结构设计与分析过程中，了解钢筋混凝土的本构关系和有限元模式是十分重要的。
本文将从理论和实践两个层面介绍钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式。
一、理论基础1.1 本构关系本构关系是描述材料应力和应变之间关系的数学模型。
对于钢筋混凝土结构来说，其本构关系可以分为弹性和塑性两个阶段。
如图1所示，该曲线表现了材料的应变和应力之间的关系。
在开始阶段，钢筋混凝土材料表现出弹性行为，即在一定范围内，应变和应力呈线性关系，在这个范围内，应力的变化只取决于外力的变化。
当荷载增加时，材料进入塑性阶段，即出现残余变形，弹性不再适用。
此时，应变和应力的关系呈现非线性态势，应力会逐渐增大，直至材料失效。
图1 钢筋混凝土的本构关系曲线1.2 有限元分析有限元分析是一种近似解微分方程的数值分析方法。
该方法将问题分解成一个有限数量的小区域，在每个小区域内建立数学模型，通过连接小区域，组成总体的数学模型。
对于钢筋混凝土结构的有限元分析，可以采用三维有限元模型或二维\轴对称有限元模型等。
二、实践操作2.1 有限元模型的建立在进行有限元分析前，需要建立合适的有限元模型。
在钢筋混凝土结构的有限元分析中，通常采用ABAQUS、ANSYS软件进行模拟。
有限元模型的建立需要考虑结构的几何形状、材料特性、加载条件等，在模型建立的过程中需要进行模型分析和后处理，如应力监测、应变监测、变形量分析等。
2.2 本构关系的采用在建立有限元模型时需要设置材料弹性模量、泊松比、破坏应力等本构关系参数，这些参数可以通过试验数据和经验公式进行估算。
同时，基于实际结构的材料本身的特性和结构内力状态等影响因素，还需要考虑材料的非线性效应，包括弹塑性分析和的动力分析等。
三、应用现状在实际的建筑结构设计和分析中，钢筋混凝土结构的有限元分析被广泛采用，可以帮助工程师更加准确地预测材料的行为，并定位结构的破坏点及应急防御措施。
钢筋混凝土加固梁的有限元分析
，
参照《 混凝土结构试验 方法标准》 设计 三组 尺寸 、 配筋 及加载 Ａｃ Ｃ Ｒ 『 Ｆ Ｐ片 材截 面 面积 ；叮 为 为 Ｃ Ｒ Ｆ Ｐ片 材极 限拉 应 变 。
了解 Ｃ Ｒ Ｆ Ｐ加 固 Ｒ Ｃ粱的受力性能和加 固机理 ， 特采用有 限元软 Ｃ Ｒ Ｆ Ｐ粘贴于梁的底部 ， 规格为 ０ １ｒｌ×４ Ｔ， ． ｎ ｌ ５ｍｉ 弹性模量 Ｅｒ Ｔ ｔ ＝
件 Ｐ Ｓ Ｓ的弹塑性计算功能来 分析 Ｃ Ｐ ＇ ｕ Ｙ Ｎ Ｆｄ 加固 Ｒ Ｃ梁 的受力过 ２ ０Ｇ ａ极限抗拉强度 ２ Ｐ ，
．
２ Ａ Ｓ Ｓ计算 分析 ＮＹ
２ １ 分析模 型 ．
Ｇ ０ １ Ｂ５ ０ ０混凝 土结构设计规范假定 ， 同时满足 ：
１ 达到抗弯 承载力极限状态时 ， Ｆ Ｐ片材的拉应变 ， ） ＣＲ 由应
但 Ｆ Ｐ片材 的允许拉 应变 ［ ，ｅｒ取 ￡ ［ｃ ］ 以简 支梁为算例 ， 用三维实体单元建立 Ｒ Ｃ梁的有限元模 型 ， 变三角形确 定 ， 超过 Ｃ Ｒ （ ／） 与 ０ ０ 两者 中的较小值 ； ２３ ｅ ．１ 根据钢筋 的处理方式模型分为整体式和分离式两种（ 见 １ 。 ） ２ 当考 虑二 次受 力的影 响时 ， ） 应根据 加 Ｌ 的荷 载状况 ， 司时 按
关键 词 ：Ｆ Ｐ布 加 固， 筋 混 凝 土 梁 ， Ｓ Ｓ 仿 真 分 析 （Ｒ ＇ 钢 ＡＮ Ｙ ， 中 图分 类 号 ： Ｕ３ ５ Ｔ ７ 文 献标 识 码 ： Ａ
ＣＲ Ｆ Ｐ材 料加 同 Ｒ Ｃ结 构 是 近 年 来 新 兴 的加 固 方 法 。 为 深 入 性模量 Ｅ ＝２０Ｇ ａ极限抗 拉强度 ＝２５ＭＰ ， 松 比 ＝０３ ｓ ０ Ｐ ， ８ ａ？ 自 ．；
钢筋混凝土结构非线性有限元分析共3篇
钢筋混凝土结构非线性有限元分析共3篇钢筋混凝土结构非线性有限元分析1钢筋混凝土结构是现代建筑结构中常用的一种结构形式。
由于钢筋混凝土结构自身的复杂性，非线性有限元分析在该结构的设计和施工过程中扮演着重要的角色。
非线性有限元分析是建立在解析的基础之上的，它可以更真实地模拟结构在实际载荷下的变形和破坏特性。
本文对钢筋混凝土结构的非线性有限元分析进行细致的介绍。
首先需要了解的是，钢筋混凝土结构存在多种非线性问题，如材料非线性、几何非线性和边界非线性等。
这些非线性问题极大地影响了结构的受力性能。
在结构的设计阶段，要对这些非线性因素进行充分分析。
钢筋混凝土结构在材料方面存在很多非线性问题，例如，混凝土的拉应力－应变曲线存在非线性变形，钢筋的本构关系存在弹塑性和损伤等等。
这些材料的非线性特性是钢筋混凝土结构变形和破坏的重要因素。
钢筋混凝土结构材料的非线性特性需要通过相关试验来获得，例如混凝土的轴向拉伸试验和抗压试验，钢筋的拉伸试验等，试验数据可以被用来建立预测结构非线性响应的有限元模型。
钢筋混凝土结构在几何方面存在很多非线性问题，例如，结构的非线性变形、结构的大变形效应、结构的初始应力状态等等。
钢筋混凝土结构几何的非线性效应可通过有限元分析明确地描述。
要对几何非线性进行分析，通常使用非线性有限元分析程序，其中包括基于条件梯度最优化技术的材料和几何非线性分析以及有限元法分析中使用的高级非线性模拟技术。
钢筋混凝土结构的边界条件也可能导致结构的非线性响应，例如基础的扰动、结构的支承和约束条件等。
所有这些条件都会导致模型在分析中出现非线性行为。
最后，非线性有限元分析可以简化结构设计的过程，并且可以更准确地分析结构的性能。
另外，分析过程中还可以考虑更多因素，例如局部的材料变形、应力浓度等等，让设计人员了解到结构的真实状态。
总之，钢筋混凝土结构非线性有限元分析是现代建筑结构中常用的一种结构分析方式，对于设计和施工都有着重要的意义。
钢筋混凝土有限元分析
钢筋混凝土有限元分析(1)首先建立有限元模型，这里我们选用ANSYS软件自带的专门针对混凝土的单元类型Solid 65，进入ANSYS主菜单Preprocessor->Element Type->Add/Edit/Delete，选择添加Solid 65号混凝土单元。
(2) 点击Element types窗口中的Options，设定Stress relax after cracking为Include，即考虑混凝土开裂后的应力软化行为，这样在很多时候都可以提高计算的收敛效率。
(3) 下面我们要通过实参数来设置Solid 65单元中的配筋情况。
进入ANSYS主菜单Preprocessor-> Real Constants->Add/Edit/Delete，添加实参数类型1与Solid 65单元相关，输入钢筋的材料属性为2号材料，但不输入钢筋面积，即这类实参数是素混凝土的配筋情况。
(4) 再添加第二个实参数，输入X方向配筋为0.05，即X方向的体积配筋率为5%。
(5) 下面输入混凝土的材料属性。
混凝土的材料属性比较复杂，其力学属性部分一般由以下3部分组成：基本属性，包括弹性模量和泊松比；本构关系，定义等效应力应变行为；破坏准则，定义开裂强度和压碎强度。
下面分别介绍如下。
(6) 首先进入ANSYS主菜单Preprocessor-> Material Props-> Material Models，在DefineMaterial Model Behavior 窗口中选择Structural-> Linear -> Elastic-> Isotropic，输入弹性模量和泊松比分别为30e9和0.2(7) 下面输入混凝土的等效应力应变关系，这里我们选择von Mises屈服面，该屈服面对于二维受力的混凝土而言精度还是可以接受的。
在Define Material Model Behavior 窗口中选择Structural-> Nonlinear->Inelastic-> Rate Independent-> Isotropic Hardening Plasticity-> Mises Plasticity-> Multilinear，输入混凝土的等效应力应变曲线如下图所示。
混凝土非线性有限元分析-毛小勇-第四讲知识分享
1. 双弹簧模型
平行于钢筋纵向的弹簧是用来模
拟钢筋与混凝土之间的粘结-滑移现象，
弹簧系数设为kh。
垂直于钢筋纵向的弹簧是用来模
拟钢筋与混凝土之间的销栓作用，弹
簧系数设为kv。
-联系单元
分离式模型
c=cosθ
{F}e= [B]T [D][B]{δ}e= [K]e {δ}e
s=sinθ
分离式模型
-联系单元
果收敛性进行判别。如果满足收敛容差的要求，进行下一步的计
算，否则根据迭代结束后的数据修正单元刚度矩阵，进行3~4
步。如果多次迭代仍不收敛，可考虑重新划分网格或规定新的收
敛容差。
6. 荷载水平判别
如果采用增量法、增量迭代法或弧长法求解结构响应，要对当
前的荷载水平进行判别。如果达到了预期的荷载水平，则分析中
求更高。
分离式模型适于对结构构件内微观受力机理进行分析研究的情况。
分离式模型
-混凝土单元
பைடு நூலகம்三角形单元、
四边形单元、
四面体单元、
六面体单元、
等参单元
分离式模型
1. 单元划分
线单元、平面单元（三角形）
2. 钢筋塑性性能考虑
-钢筋单元
分离式模型
-联系单元
双弹簧模型、界面节理单元、斜压杆单元、粘结区单元
系可视为刚性联结。
分离式单元的刚度矩阵，除了联系单元之外，与一般的线形单元、平
面单元或立体单元并无区别、这些单元刚度矩阵的推导类似于一般的有限
元方法。
分离式模型中的联系单元可模拟钢筋与混凝土之间的相互作用机理，
如粘结滑移和销栓作用。但大大增加了整体刚度矩阵的维数计算效率低，
对计算机硬件要求较高。此外，多种单元的并入也必然对迭代收敛控制要
钢筋混凝土的非线性有限元分析
２ 钢筋混凝土结构常规设计方法的缺陷
果。
一
４ 一 ２
维普资讯
Ｊ东建材 ２０ 年第 ２ “ ０６ 期
水泥与混凝土
系模型、 裂缝问题 以及有限元分析的计算机程序等几个 问题 。
３ 钢筋混凝土的非线性有限元分析
最 把 有 限冗 方法 川十 钢 筋混 凝 土 结 构分 析 的是 Ｎ ｏ Ｓ ｏ ｄ ｌＳ ｇ 和 ｃ ｒ ｅ ｉ 。他 们在 早期 进行 的研 究 已包 含 了钢
承 载 能力 。 这种 设 计方 法在 一定程 度 上能 满足 工程 的要 （钢 筋 的影 响情 况也 类似 。 ２ ） 每个 设 计理想 的混 凝土
其配筋率都近似等 同地提高构件的刚度 ， 因此钢 求。 随着 国民经济的发展 ， 越来越多大型、 复杂的钢筋混 构件 ， 凝土 结 构需要 修建 ， 且对 设计 周期 和工 程 质量 也提 出 筋 混凝土构件 实际的相对刚度 与采用纯混凝土截面计 而 了更高的要求 。这样一来， 常规的线弹性理论分析方法 算得 到 的构件 相 对刚 度基 本…致 。 用于钢筋混凝土结构和构件 的设计就力不从心。 设计人 因此 ， 混凝：框架结构采用线弹性分析方法来进行 员常有 “ 算不清楚 ” 以及 “ 到底会 不会倒 ” 的困惑。为 结构分析是合理的，计算结果可以满足工程实际需要。 例如楼板 、 剪力墙 以及其它特种混 此 ，钢筋混凝土非线性有限元分析方法开始受到重视。 但是对于其它结构 ， 其裂缝和钢筋的分布都是及其复杂 的， 单 简 同时， 随着有限元理论和计算机技术的进步 ， 钢筋混凝 凝上结构， 尤其 是各 种混 土 非 线性 有 限元 分 析 方 法也 得 以迅速 的发 展 并 发挥 出 地采 用常 规 的相对 刚 度去 求解 是不 妥 的 。 凝＿ 十构件 的 混合 结构 更是 如此 。 些 结构需 要采 用有 限 这 巨大 的作用 。 元分析方法才 能获得接近结构实际工作性状 的分析结
钢筋混凝土结构有限元分析的建模
钢筋混凝土结构有限元分析的建模封南【摘要】结合有限元分析时对计算模型的基本要求,介绍了钢筋混凝土结构的三种有限元分析模型,分析了各种模型在钢筋混凝土结构中的应用,总结了各自的特点并进行了具体阐述,以期指导钢筋混凝土结构设计.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2010(036)020【总页数】3页(P63-65)【关键词】钢筋混凝土结构;有限元模型;组合式;分离式;整体式【作者】封南【作者单位】河南省洛阳市房产管理局瀍河分局,河南,洛阳,471003【正文语种】中文【中图分类】TU375随着钢筋混凝土结构在工程实践中越来越广泛的应用,对其力学性能等各方面的分析也变得越来越重要,钢筋混凝土是由两种性质不同的材料——混凝土和钢筋组合而成的,因此其材料性能非常复杂。
有限元分析方法作为研究混凝土结构性能的有力工具应用于钢筋混凝土分析始于1967年美国学者D.Ngo和A.C.Scordelis,他们把有限元分析方法应用于钢筋混凝土简支梁的抗剪分析,其理论基础就是通过对实体结构进行简化,以求解有限个数值来模拟真实环境的无限个未知量的近似计算方法。
在钢筋混凝土结构设计中引入该方法进行结构的强度、刚度及延性分析,可以清楚地了解应力在整个结构上的分布情况,以及结构上各部分的变形情况,为结构设计提供理论依据。
1 有限元模型的建立有限元分析的最终目的是要还原一个实际工程系统的数学行为特征,建立准确而可靠的结构有限元计算模型直接关系到计算结果的正确与否,在实际工程问题中往往非常复杂,结构形状、支承边界、载荷等存在各种可能,因此,在对具体问题进行有限元分析时,首先需要建立针对该问题的有限元模型。
一般来说,对所建立的计算模型有以下基本要求:1)计算模型必须具有足够的准确性。
所形成的计算模型要能基本上准确反映结构的实际情况,既要考虑形状与构成的一致性,又要考虑到支承情况及边界条件的一致性,还要考虑到载荷与实际情况的一致性。
混凝土结构设计方法(问答题总结)
些基本原则？
答案
目录
14.按正常使用极限状态设计时，为什么要对可变荷
载进行折减？
答案
15.正常使用极限状态设计时常采用哪些荷载组合？
各种组合下荷载效应的设计值如何计算？
答案
16.钢筋混凝土结构的有限元分析存在哪些特殊问题？
17.我国混凝土结构设计方法是如何演变的？
答案
18.如何理解构件设计的构造要求？构造与计算有何答案
答案
目录
10.结构设计时为什么要考虑活荷载的不利
组合？
答案
11.现行《规范》要求在混凝土结构设计中，答案 一般需做哪些计算或验算？
12.结构的内力重分布与应力重分布有何不
同？按考虑塑性内力重分布计算结构内力有
何优点？哪些结构可以采用考虑内力重分布
的分析方法计算内力而哪些结构则不宜？ 答案
13.混凝土结构的内力和变形计算应遵循哪
第二章 混凝土结构设计方法
✓ 问答题
目录
问答题
1.什么是结构上的作用及荷载？如何分类？
答案
2.什么是结构的设计使用年限？结构的设计使用
年限就是结构的寿命吗？
答案
3.什么是结构失效？钢筋混凝土结构设计时要考
虑避免的结构失效现象有哪些？
答案
4. 什么是结构的可靠性与可靠度？结构的可靠性
与可靠度之间有何关系？
答案
5. 什么是结构的可靠指标？如何理解可靠指标与
失效概率的关系？
答案
目录
6.什么是目标可靠指标？目标可靠指标的确
定应考虑哪些因素的影响？
答案
7.如何理解正态分布的保证率？
答案
8.什么是结构的极限状态？结构极限状态有
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。
道路工程钢筋混凝土圆管涵实际工况下受力特征的三维有限元分析
… 杨锡 武， 张永 兴． 公路 高填方 涵洞土 压力 变化规律 及计 算方 法研
究． 土木工程学 报Ⅲ， ２ ０ ０ ５ ， ３ ８ （ ９ ） ： １ １ ９ — １ ２ ４ ．
现 压 胀 形 突变 ；
（ ３ ） 三 维 有 限元 计 算 结 果 显 示 ， 圆 管 涵 临界 受 荷 截 面 位 置位 于 涵 洞 顶部 ， 而 规范 规 定 需 要 进 行 验 算 的临 界 截 面位 于 涵 洞洞 底 ， 因此 需 要 对 规 范 规 定 的计 算 方 法进 行 临 界 截 面做 进 一 步 验算 ；
ｕ ｄ ＝ 。
（ ∑ Ｓ ＋ ＂ ￣ Ｑ １ Ｓ Ｑ １ ｋ ＋ 。 ∑ Ｑ ｉ Ｓ Ｑ ｊ ｋ ） （ ２ ）
ｉ＝ １ ｊ＝ ２
地基模量
ｌ （ ／ （ ＭＰ ａ ／ ｍ）
２ ０ ｏ
，
水泥混凝土 密度 弹性模量 泊松 比
， 日毒 Ｈ
钢筋 弹性模量 泊 松比
自乖 Ｈ
式 中： Ｓ —— 承 载 能力 极 限状 态 下 作用 基 本 组 合 的
， （ ｋ Ｎ ／ ｍ３ ） Ｅ ｆ ＭＰ ａ … “”
２ ５ ３ ００ ｏ Ｏ ０． １ ５
Ｅ ， ／ ＭＰ ａ
２１ ０Ｏ ｏ ｏ
…“
０． ２
效应组合设计值 ； 。 － 一 结 构 重要 性 系 数 ，对应 设 计 安 全 等 级 级、 二级和三级分 别取 １ ． １ ， １ ． ０和 ０ ． ９ ； ａ— — 第 ｉ 个 永 久 作用 效应 的分 项 系数 ； Ｑ —— 汽车荷 载 效应 分项 系 数 ， 取 ｏ 。 ＝ １ ． ４ ；
截面位 置位于 涵洞顶 部。
关键 词 ： 道路工 程 ； 钢筋 混凝 土圆管涵 ； 三维有 限元 ； 受 力特征
ABAQUS有限元分析钢筋混凝土连续梁内力重分布的影响因素
ABAQUS有限元分析钢筋混凝土连续梁内力重分布的影响因素随着工程建设和技术水平的不断提升，ABAQUS有限元分析技术被广泛应用于工程力学领域，特别是结构力学方面的研究中。
钢筋混凝土连续梁是一种常见的工程结构，在受力过程中会出现内力分布的变化。
本文将以ABAQUS有限元分析钢筋混凝土连续梁内力重分布的影响因素为主题，对此进行探讨。
1. 梁的几何形状和区间长度钢筋混凝土连续梁的几何形状和区间长度是影响内力分布的主要因素之一。
随着几何形状的变化，梁的受力情况也会发生变化，因此影响内力分布的因素包括梁的截面形状、宽度、高度等方面，以及不同区间长度的差异等。
2. 材料性质材料性质是影响钢筋混凝土梁内力分布的另一个关键因素。
钢筋混凝土的强度、韧性等基本性质都会对内力分布产生重要的影响。
在ABAQUS有限元分析中，材料性质的设定是十分重要的，包括混凝土、钢筋的材料性质等方面。
3. 荷载类型和荷载大小荷载类型和荷载大小都对内力分布产生重要的影响。
不同类型的荷载会产生不同的力学响应，从而影响内力的分布情况。
同时，荷载大小的不同也会影响内力分布的程度和形态。
4. 支座形式支座形式是钢筋混凝土连续梁内力分布的另一个重要因素。
不同的支座形式会对梁的刚度产生不同的影响，从而对内力分布产生不同的影响。
在ABAQUS有限元分析中，支座形式的设定需要考虑支座的类型、位置、刚度等因素。
综上所述，钢筋混凝土连续梁内力重分布的影响因素包括梁的几何形状和区间长度、材料性质、荷载类型和荷载大小、支座形式等方面。
针对这些因素，我们可以通过ABAQUS有限元分析工具，对钢筋混凝土连续梁内力分布情况进行模拟和计算，并针对不同的影响因素进行分析和改进，进一步提高工程建设的质量和性能。
为了更好地分析钢筋混凝土连续梁内力重分布的影响因素，我们需要收集和整理相关的数据，进行量化和分析。
以下是一些可能的数据类型和分析方法。
1. 梁的截面面积和惯性矩梁的截面面积和惯性矩是直接影响内力分布的因素之一。
粘钢加固钢筋混凝土梁抗弯性能有限元分析
粘钢加固钢筋混凝土梁抗弯性能有限元分析在建筑结构领域，钢筋混凝土梁作为常见的承重构件，其性能的优劣直接关系到整个结构的安全性和稳定性。
随着时间的推移和使用条件的变化，一些钢筋混凝土梁可能会出现承载力不足、裂缝过大等问题，影响其正常使用。
粘钢加固作为一种有效的加固方法，能够显著提高钢筋混凝土梁的抗弯性能。
为了深入了解粘钢加固钢筋混凝土梁的工作机理和性能特点，有限元分析成为了一种重要的研究手段。
有限元分析是一种基于数学和力学原理的数值计算方法，它可以将复杂的结构离散为有限个单元，并通过求解方程组来模拟结构的受力和变形情况。
在粘钢加固钢筋混凝土梁的有限元分析中，需要建立合理的模型，包括混凝土、钢筋和钢板等部件，并定义它们之间的相互作用关系。
首先，混凝土材料的模拟是一个关键问题。
混凝土是一种非均质、非线性的材料，其力学性能受到多种因素的影响，如强度等级、骨料类型、加载方式等。
在有限元分析中，通常采用混凝土损伤塑性模型来描述混凝土的受力行为。
该模型考虑了混凝土在拉压作用下的损伤演化和塑性变形，可以较好地模拟混凝土的开裂和破坏过程。
钢筋作为混凝土梁中的主要受力部件，其模拟也需要准确可靠。
一般采用桁架单元来模拟钢筋，并通过定义钢筋的本构关系来反映其力学性能。
常用的钢筋本构关系有理想弹塑性模型和双折线模型等。
钢板在粘钢加固中起到增强梁的抗弯能力的作用。
钢板通常采用壳单元进行模拟，并定义其材料属性和厚度。
在模拟钢板与混凝土之间的粘结作用时，可以采用粘结单元或者设置接触关系来实现。
在建立有限元模型时，还需要考虑边界条件和加载方式。
边界条件应根据实际情况进行设置，例如简支梁的两端可以设置为铰支约束。
加载方式可以采用集中力加载或者均布荷载加载，以模拟梁在实际使用中的受力情况。
通过有限元分析，可以得到粘钢加固钢筋混凝土梁在不同荷载作用下的应力分布、变形情况和破坏模式等重要信息。
例如，在加载初期，梁的跨中挠度较小，混凝土和钢筋的应力也处于较低水平。
混凝土有限元分析
混凝土有限元分析廖奕全（06级防灾减灾工程及防护工程，06114249）摘要：用传统的理论解析方法分析钢筋混凝土结构，只能解决一些非常简单的构件或结构的非线性问题，对大量的钢筋混凝土结构的非线性分析问题只能用数值方法解决，因此，有限元方法作为一个强有力的数值分析工具，在钢筋混凝土结构的非线性分析中得到了广泛地应用。
随着有限元理论和计算机技术的进步，钢筋混凝土非线性有限元分析方法也得以迅速的发展并发挥出巨大的作用。
关键词：钢筋混凝土有限元分析有限元模型钢筋混凝土结构是土木工程中应用最广泛的一种建筑结构。
相比其它材料结构，钢筋混凝土结构有以下特点：①造价低，往往是建筑结构的首选材料；②易于浇注成各种形状，满足建筑功能及各种工艺的要求；⑧充分发挥钢筋和混凝土的作用，结构受力合理：④材料的重度与强度之比不大；⑤材料性能复杂，一般的计算模型难与实际结构的受力情况相符。
正因为钢筋混凝土材料的这些优缺点，长期以来，钢筋混凝土在工程中的应用如此广泛；为了满足工程需要所建立的反映混凝土材料性能的计算模型也不断完善。
然而，混凝土是一种由水泥、水、砂、石及各种掺合料、外加剂混合而成的成分复杂、性能多样的材料。
到目前为止，还没有一种公认的、能全面反映混凝土的力学行为和性质的计算模型或本构关系。
因此，对钢筋混凝土的力学性能研究还需要学术界和工程人员继续努力。
长期以来，人们用线弹性理论来分析钢筋混凝土结构的受力和变形，以极限状态的设计方法来确定构件的承载能力。
这种设计方法在一定程度上能满足工程的要求。
随着国民经济的发展，越来越多大型、复杂的钢筋混凝土结构需要修建，而且对设计周期和工程质量也提出了更高的要求。
这样一来，常规的线弹性理论分析方法用于钢筋混凝土结构和构件的设计就力不从心。
设计人员常有“算不清楚”以及“到底会不会倒”的困惑。
为此，钢筋混凝土非线性有限元分析方法开始受到重视。
同时，随着有限元理论和计算机技术的进步，钢筋混凝土非线性有限元分析方法也得以迅速的发展并发挥出巨大的作用。
ansys分析混凝土的若干问题
ansys分析混凝土的若干问题1. 讨论两种Ansys求极限荷载的方法（1）力加载可以通过对应的方法（比如说特征值屈曲）估计结构的极限荷载的大致范围，然后给结构施加一个稍大的荷载，打开自动荷载步二分法进行非线性静力分析，最后计算会因不收敛终止，则倒数第二个子步对应的就是结构的极限荷载；另外，也可以选择弧长法，采用足够的子步（弧长法可以一直分析到极限承载力之后的过程）同样可以从绘制的荷载位移曲线或计算结果中找出结构的极限荷载。
（2）位移加载给结构施加一个比较大的位移，打开自动荷载步二分法进行非线性分析，保证足够的子步数，这样也可以分析到极限荷载以后，通过绘制荷载位移曲线或查看相应结果文件也可知道结构的极限荷载。
希望众高手讨论一下（1）弧长法求极限荷载的收敛性问题，如何画到荷载位移曲线的下降段？（2）位移法求极限荷载的具体步骤？2. 需要注意的问题1. 由于SOLID 65单元本身是基于弥散裂缝模型和最大拉应力开裂判据，因此在很多情况下会因为应力集中而使混凝土提前破坏，从而和试验结果不相吻合，因此，在实际应用过程中应该对单元分划进行有效控制，根据作者经验，当最小单元尺寸大于5cm 时，就可以有效避免应力集中带来的问题；2. 支座是另一个需要注意的问题。
在有限元分析中，很多时候约束是直接加在混凝土节点上，这样很可能在支座位置产生很大的应力集中，从而使支座附近的混凝土突然破坏，造成求解失败。
因此，在实际应用过程中，应该适当加大支座附近单元的尺寸或者在支座上加一些弹性垫块，避免支座的应力集中；3. 六面体的SOLID 65 单元一般比四面体的单元计算要稳定且收敛性好，因此，只要条件允许，应该尽量使用六面体单元；4. 正确选择收敛标准，一般位移控制加载最好用位移的无穷范数控制收敛，而用力控制加载时可以用残余力的二范数控制收敛。
在裂缝刚刚出现和接近破坏的阶段，可以适当放松收敛标准，保证计算的连续性；3. 关于下降段的问题1）在实际混凝土中都有下降段，但是在计算的时候要特别小心下降段的问题。
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钢筋混凝土有限元分析的几个问题
1、钢筋混凝土有限元模型（引自江见鲸等《混凝土结构有限元分析》）
钢筋混凝土有限元模型包括实体单元模型和杆系单元模型。
实体单元模型多用于分析独立的构件，如一个梁或一个节点，以及一个连续大型结构（水坝、核反应堆安全壳等）；而杆系单元模型多用于常见的建筑工程，如框架结构、框剪结构等，这种整体结构往往有成千上万个构件组成，用实体单元对整个结构建模分析几乎是不可能的。
实体单元模型包括分离式、组合式和整体式。
三种模型，只有分离式能考虑粘结和滑移。
分离式模型：将混凝土和钢筋作为不同的单元来处理，可以插入联结单元模拟钢筋和混凝土之间的粘结和滑移，也可以不用联结单元，直接将钢筋和混凝土单元共节点或进行耦合。
根据需要决定。
组合式模型：包括分层组合式、带钢筋的四边形单元、带钢筋膜的8节点六面体单元。
这种模型运用较少。
整体式模型：将钢筋分布于整个单元中，并把单元视为连续均匀材料，单元刚度矩阵综合了混凝土与钢筋单元的刚度矩阵，将钢筋化为等效的混凝土，然后计算单元刚度。
一般实际工程均采用这种模型，单元划分少，计算量小，可适应复杂配筋。
缺点是只能求得钢筋的平均应力，不能计算粘结应力。
钢筋混凝土杆系单元模型：通常用梁单元模拟结构中的梁柱构件，用带刚域的梁单元模拟剪力墙和连梁，用桁架单元模拟支撑。
根据各个杆件的类型、尺寸和材料组成（混凝土强度、钢筋强度、配筋率、钢筋布置方式）、受力工况，设定相应的非线性恢复力关系（滞回曲线），然后输入荷载工况，得到整个结构的非线性行为。
杆系有限元分析要解决两个核心问题：选择合适的杆件刚度模型，选择合适的恢复力关系。
现阶段对钢筋混凝土杆系结构的刚度计算，主要有三种方法：
A、平均刚度模拟
B、分布刚度模拟
C、集中塑性铰模拟
对于框架结构中众多的杆系构件，在地震作用下往往有这样的破坏机制：反弯点在中间，塑性铰在两端。
因此，可以认为塑性变形都集中在两端塑性铰区，中段构件保持弹性。
2、引自/cgi-bin/ut/topic_show.cgi?id=160085&h=1#711329混凝土本构关系应如何设置
Q：我在进行的钢管混凝土滞回曲线分析，见过有些文章中在对混凝土本构关系的定义只定义concrete（即五参数破坏准则），而不定义等向或随动的强化模型的本构关系。
我不知道这样不定义屈服准则计算混凝土对不对？
我在滞回分析中，当不定义屈服准则时，能够得到滞回曲线，只是形状不好，没有强度和刚度的退化，骨架曲线没有下降段。
而当定义了屈服准则过后，整个模型就没法进行计算。
想请问的是，如果我不定义混凝土的屈服准则，而只定义破坏准则，这样做对不对？恳请高手指点，谢过！！
A1:：solid65号单元本身就有默认的本构关系，如果你不定义本构关系，可能就用本身的本构关系，这与你实际的本构关系有差别，所以得到的滞回曲线有问题，建议最好还是自己定义
对于下降段的问题的确很难处理，很多时候本构关系中定义下降段的时候，最后计算不能收敛，遇到这种情况的时候，首选还是将下降段拉直吧，因为一般的下降段在分析的时候用不到，没有什么实际意义（少数情况例外，比如分析混凝土压碎的问题），还有一个就是考虑好收敛准则，最好是多种准则结合使用，使用单一的收敛准则很容易不收敛，当然有的时候本构关系中有下降段又使用单一的收敛准则的时候还是能收敛的。