兼职英文翻译-欧美佳
R
2
ANSYS<
/p>
○
应用实例：钢筋混凝土简支梁数值模拟
R
R
下面以钢筋混凝土简支梁的
ANSYS
○
程序数值模拟的应用实例，
对
ANSYS
○
程
序的应用方法及
模拟效果进行验证，
梁的尺寸、
配筋及荷载如图
5-9
所示。
钢筋采用Ⅱ级钢，
混凝土强度等级为
C30
。
P
3
0
0
P
12
5
600
1200
600
（
a
）
、梁的几何尺寸及荷
载示意图
2
Φ
8
2
Φ
8
2
Φ
8
2
Φ
8
2
Φ
8
2
Φ
8
3
0
3
0
< br>3
0
3
0
3
0
3
0
3
0
3
0
3
0
4
Φ
22
4
Φ
22
4
Φ
22
Φ
8
@75
Φ
8
@75
Φ
8
@75
Φ
8
@75
Φ
8
@75
Φ
8
@75<
/p>
Φ
8
@75
Φ<
/p>
8
@75
Φ
8<
/p>
@75
3
0
0<
/p>
3
0
0
3
0
0
3
0
0
3
0
0
3
0
0
3
0
0
3
0
0
2
Φ
22
2
Φ
22
2
Φ<
/p>
22
4
Φ
22<
/p>
4
Φ
22
4
Φ
22
3
0
0
4
Φ
22
4
Φ
22
4
Φ
22
3
0
3
0
3
0
< br>3
0
3
0
3
0
3
0
3
0
150
150
150
RCBEAM-01
15
0
150
150
RCBEAM-02
（
b
）
、梁断
面图
3
0
150
150
150
< br>RCBEAM-03
图
5-9
梁尺寸、配筋及荷载示意图
2.1
单元类型
< br>R
（
i
）混凝土单元：采用
ANSYS
○
程序单元库中
SOLID65
单元。
（<
/p>
ii
）纵向钢筋：
PIPE20
（
iii
）
横向箍筋：
PIPE20
2.2
材料性质
（
i
）
、混凝土材料
表
5-4
混凝土材料的输入参数一览
表
[16~19]
混凝土立方体抗压
强
度
f
cu
（
N
弹性模量
E
c
（
N
泊松
比
?
单轴抗
压强度
（
N
/
mm
2
）
f
c
'
）
单轴抗拉强度
f
r
裂缝间剪力
传递系数
?
t
张开
闭合
/
mm
2
）<
/p>
/
mm
25.0
2
2
（
N
/
mm
）
30
24000
0.20
3.1125
0.35
0.75
·单轴受压应力
-
应变曲线（
?
?
?
曲线）
R
在
ANSYS
○
程序分析中，需要给出混凝土单轴受压下的应力应变曲线。在本算
例中，混凝土单
轴受压下的应力应变采用
Sargin
和
Saenz
模型
[1
7,18]
：
?
?
E
c
?
?
E
c
?<
/p>
?
?
?
?
?
?
1
?
?
?
2
?
?
?
?
?
?
?
E
s
?
?
c
?
?<
/p>
c
?
2
（
5-30
）
式中取
?
c
?
(
1
.
028
?
0
.
108
4
f
c
)
4
f
c
；
（
ii
）
、钢材：
（
a
）
、本构关系（应力应变曲线）
在本算例中，
所有钢材，
包括梁中纵向主筋、
横向箍筋和钢支座垫板均采用理想弹塑性模型
[9~16]
，
其应力
-
应变曲线见图
5-10
。
'
'
表
5-5
钢材材性输入参数一览表
泊松比
?
纵向钢筋
受拉
受压
0.25
2
横向箍筋
0.25
钢支座
垫板
0.25
f
y
σ
σ
ε
，
（
）
E<
/p>
s
（
N
/
mm
说
明
）
2
?
10
360
5
2
?
10
21
0
5
2
?
10
360
5
E
s
0
f
y
（
N
/
mm
2
）
210
ε
ε
s
图
5-10
钢材的应力
-
应变关系
（
b
）
、屈服准则和强化准则
R
钢材的屈服准则选用双线性随动强化材料（
BKIN
）
[8]
。在
ANSYS
○
程序中，本算例中钢材的需
要输入的参数为泊松比
?
、弹性模量
E
s
和屈服强度
f
y
，钢材的输入参数见表
5-6
。
2.3
建立模型
（
a
）
、单元划分
R
本算例中的钢筋混凝土简支梁形状很规则，因此在
ANS
YS
○
程序中采用了映射划分，所有实体
单元都是正六面体单元。
在加载点和支座处均加设
40mm<
/p>
厚的钢垫板，
以避免出现局压破坏。
另外
，
在加载点和支座处的网格进行了细分，以考虑应力集中。模型的单元网格图见图
5-13
。
（
b
）
、约束条件
Z
Y
X
UX=
0
UZ=0
UX=0
UY=0
图
5-11
模型的约束条件
R
根据对
称性，可取图
5-9
中的
1/2
模型进行有限元分析。相应的在
ANSYS
○
程序模型中的约束
条件见图
5-11<
/p>
。
（
c
）
、加载方式
在本
算例中，采用位移加载，即在加载点垫板中心施加一竖向位移，
UY
?
?
15
mm
。在本算例
中，没有考虑钢筋混凝土之间的粘结滑移性能，将钢筋与混凝土视为完全
固结。
FEM
模型图和钢筋网格图<
/p>
[1,3,5,6]
见图
5-12
和图
5-13
所示。
断面图
配筋图
RCBEAM-01
断面图
配筋图
RCBEAM-02
断面图
配筋图
RCBEAM-03
图
5-12
各梁
FEM
模型断面图
（
a
）单元网格图
（
b
）钢筋单元划分图
图
5-13
算例（一）的
FEM
模型图
2.4
模型求解
R
在
ANSYS
○
程序中，对于非线性分
析，求解步的设置很关键，对计算是否收敛关系很大，对于
混凝土非线性有限元分析，在
计算时间容许的情况下，较多的求解子步（
Substeps
）
或较小的荷载步
和一个非常大的最大子步数更容易导致收敛
[2
]
。在本算例中，设置了
100
个子步
。最终本算例收敛
成功，在
CPU
为<
/p>
P41.6G
、内存为
256MB
的微机上计算，耗时约为
8
小时。
2.5
计算结果及分析
2.5.1
荷载—位移曲线
R
< br>图
5-14
为
ANSYS
○
程序所得到的各梁的荷载
-
跨中挠度曲线，从图中可以看出：
（
i
）
、梁
RCBEAM-01
：
曲线形状能基本反映钢筋混凝土适筋梁剪切破坏的受力特点，
而且荷
载
-
跨中挠度曲线与钢筋混凝土
梁的弯剪破坏形态非常类似，即当跨中弯矩最大截面的纵筋屈服后，
由于裂缝的开展，压
区混凝土的面积逐渐减小，在荷载几乎不增加的情况下，压区混凝土所受的正
应力和剪应
力还在不断增加，当应力达到混凝土强度极限时，剪切破坏发生，荷载突然降低。
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