钢筋混凝土板的非线性分析.pdf

钢筋混凝土板的非线性分析 1、理论说明 钢筋混凝土板结构目前大量用于工业与民用建筑，常被用于制作楼板或者剪 力墙，由于钢筋混凝土板内的钢筋数量多且分布较均匀，所以常采用整体式模型， 将钢筋作为附加弥散钢筋加入到SOLID65 单元中，用Solid65 单元模拟钢筋混凝 土板的受力、变形、开裂等情况。 1.1、Solid65 单元 混凝土是目前应用最为广泛的建筑材料之一。为了解混凝土结构的受力机理 和破坏过程，在大型有限元软件ANSYS 中，专门设置了Solid65 单元来模拟混凝 土或钢筋混凝土结构，提供了很多缺省参数，从而为使用者提供了很大的方便。 Solid65 单元是专为混凝土、岩石等抗压能力远大于抗拉能力的非均匀材料开发 的单元。它可以模拟混凝土中的加强钢筋(或玻璃纤维、型钢等)，以及材料的拉 裂和压溃现象。 1.1.1、几点假设 1)只允许在每个积分点正交的方向开裂。 2)积分点上出现裂缝之后，通过调整材料属性来模拟开裂。裂缝的处理形上， 采用“分布裂缝”而非“离散裂缝”。 3)假设混凝土最初是各向同性材料。 4)除了开裂和压碎之外，混凝土也会塑性变形，常采用Drucker-Prager 屈服 面模型模拟其塑性行为的应力应变关系。在这种情况下，一般在假设开裂和压碎 之前，塑性变形已经完成。 1.1.2、使用方法 1 Solid65 单元本身包含两部分：1)和一般的8 节点空间实体单元Sdid45 相同 的实体单元模型，但是加入了混凝土的三维强度准则。2) 由弥散钢筋单元组成的 整体式钢筋模型，它可以在三维 空间的不同方向分别设定钢筋的位置、角度、 配筋率等参数。 在实际应用中，一般需要为Solid65 单元提供以下数据： 1)实常数：在实常数中给定Solid65 单元在三维空间各个方向的钢筋材料编 号、位置、角度和配筋率。对于墙、板等钢筋分布比较密集而又均匀的构件形式， 一般使用这种整体式钢筋混凝土模型。由于在实际工程中的箍筋布置一般不均匀， 所以在建模时可以用下面方法改善箍筋建模时的质量：将纵筋密集的区域设置为 不同的体，使用带筋的Solid65 单元，而无纵筋区则设置为无筋Solid65 单元。这 样就可以将钢筋区域缩小，接近真实的工程情况。 2)材料模型：在这里设定混凝土和钢筋材料的弹性模量、泊松比、密度。 3)数据表：在这里给定钢筋和混凝土的本构关系；对于钢筋材料，一般需要 给定一个应力应变关系的Data Table，譬如双折线等强硬化或随动硬化模型等。 而对于混凝土模型，则需要两个Data Table 。一是本构关系的Data Table，比如使 用多线性随动强化塑性模型(Multilinear kinematic hardening plasticity 模型) 或者 D-P 塑性模型(Drucker-Prager plasticity 模型)等，用来定义混凝土的应力应变关系。 二是Solid65 特有的Concrete element data ，用于定义混凝土的强度准则，譬如单 向和多向拉压强度等等。 由于混凝土材料的复杂性，混凝土的强度准则有考虑1 个～5 个参数的多种 方法。一般来说，强度准则的参数越多，对混凝土强度性能的描述就越准确。 Solid65 单元采用 William-Wamke5 参 数强度模型，其中需要的材料参数有：单 轴抗拉强度，单轴、双轴抗压强度，静水压力，在静水压力作用下的双轴、单轴 抗压强度。 1.1.3、混凝土与钢筋的组合 混凝土与钢筋组合是最常见的一种组合方式，一般说来，可供选择的方法有 以下三种。 整体式模型 直接利用带筋的Solid65 提供的实参数建模，其优点是建模方便，分析效率 2 高；缺点是不适用于钢筋分布较不均匀的区域，且得到钢筋内力比较困难。主要 用于有大量钢筋且钢筋分别较均匀的构件中，譬如剪力墙或楼板结构。 分离式模型，位移协调 利用空间杆单元 Link 8 或空间管单元 Pipe20 建立钢筋模型，和混凝土单 Solid65 共用节点。