ansys-钢筋混凝土剪力墙非线性分析

硕士研究生学位课程讲义（2006）通用有限元程序ANSYS及应用(八)主讲：钱江

二OO六年四月十四日14April20061通用有限元程序ANSYS及应用硕士研究生学位课程讲义（2006）第八讲内容提要10.钢筋混凝土剪力墙非线性分析

二维平面单元应用实例10.1非线性材料模型的定义10.2非线性求解过程基本参数的设定10.3如何解释结果10.4作业中的几个普遍问题！14April20062通用有限元程序ANSYS及应用10.

钢筋混凝土剪力墙非线性分析

用一系列的线性过程逼近结构刚度的改变过程；当上述线性逼近过程偏离实际过远时，采取某种叠代过程进行修正，以保证结果在控制的精度内；即使如此，也不能保证所有的非线性问题都能顺利求解！非线性问题求解的基本策略14April20063通用有限元程序ANSYS及应用10.1非线性材料模型的定义弹塑性材料属性的定义钢筋混凝土材料Solid65单元属性的定义June3,1996410.1非线性材料模型的定义定义弹塑性材料属性的GUI命令操作执行MainMenu>Preprocessor>MaterialModels

弹出材料模型定义对话框DefineMaterialModelBehavior，先定义线弹性材料属性如下图：线性、弹性、各向同性弹性模量、泊松比June3,1996510.1非线性材料模型的定义定义弹塑性材料属性的GUI命令操作（续1）然后按下图方式定义弹塑性材料属性：选取非线性（Nonlinear）材料模型，非弹性（Inelastic），应变率无关（RateIndependent）材料中运动强化弹塑性材料（KinematicHardeningPlasticity），应力－应变关系取双线性模型。在材料参数输入窗口中，填入屈服应力值235MPa，塑性切线模量值2.1e10.非线性非弹性应变率无关双线性运动强化屈服应力塑性切线模量June3,1996610.1非线性材料模型的定义定义弹塑性材料属性的命令流（续2）!!!!!!定义线弹性材料属性MP,EX,1,2.10E+11MP,DENS,1,7800MP,PRXY,1,0.3!!!!!!定义弹塑性材料属性TB,BKIN,1,1,2,1!!!!!!塑性强化规则TBTEMP,0TBDATA,,2.35E6,2.10E10,,,,!!!!!!弹塑性参数June3,1996710.1非线性材料模型的定义定义混凝土材料属性GUI命令操作（Solid65单元）先定义线弹性材料属性，然后再定义混凝土材料属性：选取非线性（Nonlinear）材料模型，非弹性（Inelastic），非金属塑性材料（Non-metalPlasticity）,混凝土材料

（Concrete）。弹出混凝土材料属性参数对话框。非线性非弹性非金属塑性材料混凝土材料June3,1996810.1非线性材料模型的定义定义混凝土材料属性GUI命令操作（续1）混凝土材料属性参数对话框中各参数的物理意义：1）张开裂缝剪力传递系数；2）闭合裂缝剪力传递系数；3）单轴抗拉强度；4）单轴抗压强度；5）双轴抗压强度；6）与参数7、8联合使用的围压值7）在参数6给定围压下的双轴抗压强度；8）在参数6给定围压下的单轴抗压强度；9）受拉开裂后的刚度折减因子。June3,1996910.1非线性材料模型的定义定义混凝土材料属性的命令流（续2）!!!定义线弹性材料属性mp,ex,1,1.54E+10mp,dens,1,2500mp,prxy,1,0.2!!!定义Solid65混凝土材料属性TB,CONCR,1,!!指定混凝土材料TBTEMP,0TBDATA,,0,0,2.43e6,2.5e7,,,!!混凝土材料参数!!!!!!定义单元的Realconstant!!混凝土单元配筋状况由实参数定R,1,2,0.1,0,0,2,0.2,RMORE,0,90,,,,,!!指定混凝土单元配筋状况June3,19961010.2非线性求解过程基本参数的设定确定求解控制Solution>Sol’nControl.许多控制可以采用，但是常用如下：小或大变形时间和时间步或子步数输出控制：1．

施加载荷。2．

保存数据库。3．

求解。June3,19961110.4如何解释结果June3,19961210.4作业中的几个普遍问题问题1：如何恰当地给出实际工程问题的边界约束？问题2：如何恰当地划分单元网格－分布形式、最低密度？June3,19961310.4作业中的几个普遍问题问题1：如何恰当地给出实际工程问题的边界约束？（A）分别在两个轴孔处形成平衡力系，连杆柄处计算结果可能偏离实际；（B）结果不对称；（C）与（D）三个小凸台处实际应接近应力自由，施加约束后会产生虚假的应力分布。要点：给定问题的应力场是唯一的，故位移最多相差一常数，或相差一个刚体位移解。（A）（B）（C）（D）June3,19961410.4作业中的几个普遍问题问题2：如何恰当地划分单元网格－分布形式、最低密度？由于沿对角线上网格的特殊分布形式，会不恰当地强化这个区域变形、应力的计算结果！要点：没有充分依据时，分网在任何方向上不应有偏好！June3,199615——二维平面单元应用实例10.钢筋混凝土剪力墙非线性分析

构件尺寸及材料特性说明如下图所示钢筋混凝土双肢剪力墙，材料参数统一取值如下：钢筋：Es=2.11011N/m2，s=0.30，屈服强度y=2.35108N/m2混凝土：Ec=3.01010N/m2，c=0.20，

抗拉强度ft=2.6106N/m2，轴心抗压强度fc

=2.5107N/m214April200616通用有限元程序ANSYS及应用二维平面单元应用实例建模及计算规划考虑混凝土与钢筋不同材料特性及钢筋分布对构件变形计算结果的影响，考虑材料非线性，采用弹塑性材料模型；假定构件处于平面应力状态；底梁及顶梁加厚处通过加大材料模量的方式模拟；非线性分析叠加原理不成立，墙肢轴压作用效应对结果有影响（模拟高层结构自重效果）；可以采用二种计算模型进行比较：模型1：均匀化钢筋混凝土模型（等效模量法）；模型2：离散的钢筋混凝土模型（分离式），可反映配筋位置的影响。单元划分：确定最低网格密度！14April200617通用有限元程序ANSYS及应用模型1：等效模量法二维平面单元单元应用实例（续1）墙肢X向配筋率：1.0%；Y向配筋率：1.5%；双向平均取1.3%；连梁X向配筋率：2.9%；Y向配筋率：0.7%；双向平均取2.0%；单元选择：混凝土采用PLANE42单元模拟;

顶部加载端加强部位及底梁均认为近似于刚性，用人为增大材料弹性模量的方法模拟；顶梁可取厚度比200/70作为增大系数；底梁可取厚度比300/70作为增大系数，或统一地取增大系数为4。14April200618通用有限元程序ANSYS及应用模型2：离散化模拟二维平面单元单元应用实例（续2）单元选择：混凝土采用PLANE42单元模拟，钢筋采用Link1单元模拟;顶部加载端加强部位及底梁均认为近似于刚性，用人为增大材料弹性模量的方法模拟；14April200619通用有限元程序ANSYS及应用双肢剪力墙建模过程实例—命令流!!!!!!用命令流生成ANSYS课教学练习-5计算模型!!!!!!模型1：等效模量法/prep7

!!!!!!定义单元类别ET,1,PLANE42!!!!!!墙肢单元KEYOPT,1,3,3ET,2,PLANE42!!!!!!连梁单元KEYOPT,2,3,3ET,3,PLANE42!!!!!!顶、底梁刚度强化区单元KEYOPT,3,3,3!!!!!!定义材料属性mp,ex,1,3.23E+10!!!!!!墙肢混凝土M01mp,dens,1,2570mp,prxy,1,0.2!!!

TB,BKIN,1,1,2,1!!!!!!塑性强化规则TBTEMP,0TBDATA,,5.62E6,2.10E10,,,,!!!!!!弹塑性参数14April200620通用有限元程序ANSYS及应用双肢剪力墙计算过程实例—命令流mp,ex,2,3.36E+10!!!!!!连梁混凝土M02mp,dens,2,2610mp,prxy,2,0.3!!!

TB,BKIN,2,1,2,1!!!!!!塑性强化规则TBTEMP,0TBDATA,,7.274E6,2.10E10,,,,!!!!!!弹塑性参数mp,ex,3,1.20E+9!!!!!!顶、底梁刚度强化区混凝土M03mp,dens,3,2500mp,prxy,3,0.214April200621通用有限元程序ANSYS及应用双肢剪力墙计算过程实例—命令流（时程分析）!!!!!!时程分析命令流!!!*set,st,0.01*set,endpoint,100*dim,xforce,array,endpoint*vread,xforce(1),Seismic_x,txt(7F10.5)*VOPER,xforce(1),xforce(1),MULT,9.8,,,14April200622通用有限元程序ANSYS及应用双肢剪力墙计算过程实例—命令流（时程分析）!!!!!!时程分析命令流（续）!!!/SOLU!*ANTYPE,4TRNOPT,FULL!**dim,shijian,array,endpoint*vfill,shijian(1),ramp,st,stNtm_star=1Ntm_end=100Ntm_incr=1*DO,Ntm,Ntm_star,Ntm_end,Ntm_incrTIME,shijian(Ntm)ACEL,xforce(Ntm),yforce(Ntm),NSEL,ALL!!!LSWRITE,NtmSOLVE*ENDDO14April200623通用有限元程序ANSYS及应用硕士研究生学位课程讲义（2006）谢谢各位!14April200624通用有限元程序ANSYS及应用硕士研究生学位课程讲义（2006）14April200625通用有限元程序ANSYS及应用建模及计算规划（续1）三维实体单元单元应用实例（续）单元选择：三个模型混凝土采均用Solid65单元，但材料模型有别;对模型1，取混凝土抗拉强度作为材料屈服应力；

对模型2，需计算确定墙肢及连梁配筋率；

单元划分：确定最低网格密度！14April200626通用有限元程序ANSYS及应用钢筋混凝土核心筒体建模过程实例—命令流-1!!!!!!用命令流生成ANSYS课教学练习-9计算模型!!!!/prep7

!!!!!!定义单元类别ET,1,Solid65!!!!!!腹墙片墙肢单元ET,2,Solid65!!!!!!腹墙片连梁单元ET,3,Solid65!!!!!!两翼墙片墙肢单元ET,4,Solid65!!!!!!两翼墙片连梁单元ET,5,Solid65!!!!!!筒体角部单元ET,6,Solid65!!!!!!刚性顶梁单元!!!!!!定义材料属性!!!!!!线弹性属性mp,ex,1,1.54E+10!!!!!!混凝土M01mp,dens,1,2570mp,prxy,1,0.2mp,ex,2,2.06E+11!!!!!!钢筋M02mp,dens,2,7800mp,prxy,2,0.3mp,ex,1,1.54E+13!!!!!!刚性顶梁混凝土M03mp,dens,1,2570mp,prxy,1,0.214April200627通用有限元程序ANSYS及应用钢筋混凝土核心筒体建模过程实例—命令流-2!!!!!!用命令流生成ANSYS课教学练习-9计算模型/prep7