混凝土梁分离式

混凝土梁分离式图5link180单元此外，在有限元中约束如果直接加载混凝土节点上，这样很可能在支座处产生很大的应力集中，从而导致支座附近的混凝土破坏，导致求解失败，因此在建模过程中，在支座和加载点处施加了垫块，避免应力集中现象。本模型中支座和加载点处的垫块采用SOLID185单元模拟。2.4混凝土破坏准则ANSYS中用五个材料强度参数和静水压力状态来定义混凝土的破坏曲面。五个材料参数分别为单轴抗拉强度，单轴抗压强度，双轴抗压强度，静水压力作用下单轴抗压强度和双轴抗压强度。当静水压力较小满足时，最少使用两个参数便可以定义混凝土的破坏曲面。其他三个参数可以按照WillamandWarake五参数准则得到。当静水压力较大时，必须设定五个参数。破坏准则的参数输入通过命令TB,CONCR和TBDATA输入TB,CONCR,1,1,9TBDATA,,C1,C2,C3,C4,C5,C6TBDATA,,C7,C8,C9C1-张开裂缝的建立传递系数C2-闭合裂缝的剪力传递系数C3-单轴抗拉强度C4-单轴抗压强度C5-双周抗压强度C6-围压大小C7-围压下的双轴抗压强度C8-围压下的单轴抗压强度C9-拉应力释放系数2.5求解方法和收敛准则ANSYS是采用Newton法对非线性方程进行求解。以一个非线性过程为例进行说明。作用在结构上的外力为，内力为。基本的平衡方程：对结构施加一个小的荷载增量，依据对应的位移，可以计算出结构的切线刚度。有了以上的信息，就可以依据切线刚度计算出位移。之后，程序会计算内力，此时的不平衡力可以计算出来：如果此时对于结构的任一自由度，均为0，那么结构就达到平衡，此时点就在结构的荷载-位移曲线上。但是实际中不可能精确为0，一般设置容许误差为0.5%。如果小于容易误差，那么就可以仍为是满足要求的，是外荷载对应的一个有效的位移。但是，应该要注意的是，在程序接受这个解之前，会验算对应的位移增量，如果大于设置的位移增量，那么程序就会再重新进行迭代计算。图6第一次迭代如果第一次迭代不满足收敛准则，程序会进行第二次迭代。程序会依据之前计算的位移，重新计算一个新的刚度。有了这个刚度，和之前的不平衡力，可以确定另一个位移修正值，会使得系统更接近于平衡状态。之后，计算新的不平衡力，新的位移。然后比较是否满足之前设定的要求，如果不满足，则继续进行迭代。图7第二次迭代收敛准则本模型中采用力施加荷载，荷载步取为80NSUBST,80本模型中采用力来控制收敛准则，精度控制在0.05。CNVTOL,F,,0.05,2,0.5，2.6建模过程图8建模流程图步骤1：材料参数的输入，就是确定材料模型，并输入到有限元中。Ansys中命令流如下：图2和图3为输出来的材料本构关系。图9钢筋骨架模型步骤2：建立几何模型，为了提高计算效率，这里利用了对称性，只建立了1/2模型。首先是建立箍筋和纵筋的几何模型，然后是混凝土模型，混凝土和钢筋之间的粘结不考虑，采用节点耦合的方式进行耦合，最后是建立支座和加载垫板。步骤3：几何模型确立后，需要将步骤1输入的材料属性以及实常数等，赋给相应的几何模型。步骤4：确定单元尺寸，划分网格，网格密度应该适当，确保收敛。本模型的基本尺寸是75同时在支座处以及加载点处会进行局部加密措施步骤5：首先施加简支边界条件，然后在对称面上施加对称约束。在加载点处施加均匀节点力，本模型力的大小为110KN。步骤6：代开大位移开关，设置荷载子步，本模荷载子步为80，输出结果。步骤7：进行后处理3结果分析3.1实验结果对比采用时程后处理可以输出跨中挠度与荷载之间的关系，这与实验得到的荷载挠度曲线大致上是一直的。从荷载位移曲线可以看到，这属于一个典型的适筋梁破坏。从曲线中可以看到，当荷载很小时，荷载和挠度呈现线性关系，结构处于弹性阶段。当荷载继续增大，位移发生了突变，此时，混凝土开裂，所对应的荷载就是截面的开裂荷载。而荷载和挠度也呈现出非线性关系。图10跨中挠度荷载曲线图11实验结果图11钢筋应力图从钢筋应力图可以看到，达到极限状态钢筋屈服。图12裂缝云图从裂缝云图中可以看到，在剪跨段裂缝从支座处向加载点处延伸，呈现弯剪斜裂缝，在纯弯段裂缝分布在竖直方向。3.2理论解对比从结果中可以得到极限荷载为107.474KN。梁截面受弯承载能力可以由理论解得到精确的表达式，运用规范所给出的公式不难求出，极限的理论值为105.474KN。数值分析得到的结果大于理论解，这也与实际情况相符合，这主要是规范中受弯承载能力忽略了混凝土的抗拉强度。3.3结论利用ANSYS可以较好的模拟钢筋混凝土梁的受弯实验，可以利用ANSYS模拟混凝土梁受弯实验。从我自身的建模发现，分离式模型很难收敛，本来向通过改变材料强度等进行参数分析，结果发现运行时不收敛。此外，单元配筋一旦发生改变，要想从新进行参数分析，必须从新划分网格，工作量很大。因此，如果在不考虑粘结性能时，尽量采用整体式建模。命令流Finish$/clear$/filename,jianzhiliang$/prep7!单位，长度：mm，力:nas0=380.1$as1=50.3$a=30$b=150!Φ22的纵筋、Φ8的箍筋、保护层厚度、梁宽h=300$l=2650$l0=125!梁高、梁长、支座距梁端et,1,solid65keyopt,1,1,0!考虑大变形keyopt,1,5,1!给出每个积分点的解keyopt,1,6,3!同时还给出积分点的解keyopt,1,7,1!考虑应力松弛，有助于收敛et,2,link180!钢筋单元et,3,solid185,,3!垫块单元，简单增强应变公式r,1,as0$r,2,as1$r,3!受拉纵筋、受压纵筋及箍筋、混凝土及垫块实常数!混凝土材料属性mp,ex,1,21945$mp,prxy,1,0.2!弹性模量、主泊松比、混凝土单轴抗压强度FC=23.1FT=2.64TB,CONCR,1,1,9TBDATA,,0.35,0.75,FT,-1TB,MISO,1,,15TBPT,,0.0002,FC*0.19TBPT,,0.0004,FC*0.36TBPT,,0.0006,FC*0.51TBPT,,0.0008,FC*0.64TBPT,,0.001,FC*0.75TBPT,,0.0012,FC*0.84TBPT,,0.0014,FC*0.91TBPT,,0.0016,FC*0.96TBPT,,0.0018,FC*0.99TBPT,,0.002,FCTBPT,,0.0033,FCtbplot!显示应力应变曲线!纵向钢筋+垫板材料属性MPamp,ex,2,2e5$mp,prxy,2,0.25!弹性模量和主泊松比tb,bkin,2$tbdata,,360!定义钢筋屈服准则，用bkin模型mp,ex,3,2e5$mp,prxy,3,0.25tb,bkin,3$tbdata,,270!箍筋!!产生所有的节点**********!!!n,1,,b$n,9$fill,1,9!建立节点1和9，在两个节点之间均匀创建多个节点ngen,11,9,1,9,1,,,a!从1到9沿z轴正向复制节点11次，编号增量为9，间距为30ngen,2,1000,1,99,1,75!沿梁长复制节点，复制19次，节点编号增量为1000ngen,3,1000,1001,1099,1,50ngen,7,1000,3001,3099,1,75ngen,4,1000,9001,9099,1,200/3ngen,7,1000,12001,12099,1,75ngen,2,1000,18001,18099,1,50/view,1,-1,-1,1!查看方向!箍筋，受压钢筋*******!!!!type,2$real,2$mat,3!单元类型、常数、材料*do,ii,11,16,1$e,ii,ii+1$*enddo*do,ii,83,88,1$e,ii,ii+1$*enddo!水平箍筋*do,ii,11,74,9$e,ii,ii+9$*enddo*do,ii,17,80,9$e,ii,ii+9$*enddo!竖直箍筋egen,20,1000,1,28,1!复制箍筋、次数、节点编号增量、节点1、节点2、单元增量!纵向受压钢筋*do,ii,83,18083,1000$e,ii,ii+1000$*enddo*do,ii,89,18089,1000$e,ii,ii+1000$*enddo!纵向受拉钢筋type,2$real,1$mat,2*do,ii,11,18011,1000$e,ii,ii+1000$*enddo*do,ii,17,18017,1000$e,ii,ii+1000$*enddo/eshape,1$ep!查看实体!建立几何实体blc4,,,l/2,b,h$blc4,75,,100,b,-40$wpoffs,,,h$blc4,625,,200,b,40$wpcsys,-1!划分实体wpoffs,75$wprota,,,90$vsbw,allwpoffs,,,100$vsbw,all$wpoffs,,,450$vsbw,allwpoffs,,,200$vsbw,all$wpoffs,,,450$vsbw,allwpcsys,-1$allsel!划分几何边线长度，以便划分生成有限元模型lsel,s,loc,y,0$lsel,a,loc,y,150$lsel,r,loc,x,0$lesize,all,,,10lsel,s,loc,z,0$lsel,a,loc,z,300$lsel,r,loc,x,0$lesize,all,,,8lsel,s,loc,z,300$lsel,r,loc,y,0$lsel,r,loc,x,0,75$lesize,all,75lsel,s,loc,z,300$lsel,r,loc,y,0$lsel,r,loc,x,75,175$lesize,all,25lsel,s,loc,z,300$lsel,r,loc,y,0$lsel,r,loc,x,175,625$lesize,all,75/2lsel,s,loc,z,300$lsel,r,loc,y,0$lsel,r,loc,x,625,825$lesize,all,100/3lsel,s,loc,z,300$lsel,r,loc,y,0$lsel,r,loc,x,825,1275$lesize,all,75/2lsel,s,loc,z,300$lsel,r,loc,y,0$lsel,r,loc,x,1275,1325$lesize,all,50lsel,s,loc,z,340$lsel,r,loc,x,625$lesize,all,,,8lsel,s,loc,y,0$lsel,r,loc,x,625$lsel,r,loc,z,300,340$lesize,all,,,1lsel,s,loc,z,-40$lsel,r,loc,x,75$lesize,all,,,8lsel,s,loc,y,0$lsel,r,loc,z,-40$lesize,all,,,4lsel,s,loc,y,0$lsel,r,loc,x,75$lsel,r,loc,z,0,-40$lesize,all,,,1!划分生成有限元模型vsel,s,loc,z,0,h$vatt,1,3,1mshape,0,3d$mshkey,1!用映射网格划分为6面体单元vmesh,all$allselvsel,s,loc,z,-40,0$vsel,a,loc,z,h,h+40$vatt,2,3,3mshape,0,3d$mshkey,1$vmesh,all/view,1,-0.2,-1,1$eplot$allselnummrg,all$numcmp,all$eplot!合并、压缩、重新显示!求解控制/solunsel,s,loc,z,-40$nsel,r,loc,x,l0$d,all,uy,,,,,uz$allsel!施加简支边界条件asel,s,loc,x,l/2$da,all,symm$allsel!在对称面上施加对称约束!施加荷载nsel,s,loc,z,h+40$nsel,r,loc,x,725*get,node1,node,,count$f,all,fz,-110000/node1$allsel!获取节点数、施加均匀节点力antype,static$nlgeom,on$NSUBST,80$outres,all,all$autots,1$lnsrch,1!静态分析、开启大位移、荷载子步、输出所有结果、自动时间、线性搜索CNVTOL,F,,0.05,2,0.5