ANSYS中简支梁的模拟计算.doc

. . 精品 精品 . 精品 通过大型有限元软件ANSYS对简支梁进行模拟计算 下面以钢筋混凝土简支梁的ANSYS eq \o\ac(○,R)程序数值模拟的应用实例，对ANSYS eq \o\ac(○,R)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。 （a）、梁的几何尺寸及荷载示意图 RCBEAM-01 RCBEAM-02 RCBEAM-03 （b）、梁断面图 图5-9 梁尺寸、配筋及荷载示意图 2.1 单元类型 （i）混凝土单元：采用ANSYS eq \o\ac(○,R)程序单元库中SOLID65单元。 （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（） 弹性模量 （） 泊松比 单轴抗压强度 （） 单轴抗拉强度 （） 裂缝间剪力 传递系数 张开 闭合 30 24000 0.20 25.0 3.1125 0.35 0.75 ·单轴受压应力-应变曲线（曲线） 在ANSYS eq \o\ac(○,R)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[17,18]： . . 精品 精品 . 精品 （5-30） 式中取； （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 纵向钢筋 横向箍筋 钢支座 垫板 受拉 受压 泊松比 0.25 0.25 0.25 （） （） 360 210 210 360 说 明 图5-10 钢材的应力-应变关系 （b）、屈服准则和强化准则 钢材的屈服准则选用双线性随动强化材料（BKIN）[8]。在ANSYS eq \o\ac(○,R)程序中，本算例中钢材的需要输入的参数为泊松比、弹性模量和屈服强度，钢材的输入参数见表5-6。 2.3 建立模型 （a）、单元划分 本算例中的钢筋混凝土简支梁形状很规则，因此在ANSYS eq \o\ac(○,R)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 图5-11 模型的约束条件 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 eq \o\ac(○,R)程序模型中的约束条件见图5-11。 （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，。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[1,3,5,6]见图5-12和图5-13所示。 . . 精品 精品 . 精品 断面图 配筋图 断面图 配筋图 断面图 配筋图 RCBEAM-01 RCBEAM-02 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 在ANSYS eq \o\ac(○,R)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 图5-14为ANSYS eq \o\ac(○,R)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。 . . 精品 精品 . 精品 (a) 荷载P-跨中挠度曲线 (a) 弯矩M-跨中挠度曲线 图5-14（a） 荷载—跨中挠度曲线（RCBEAM-01） （ii）、梁RCBEAM-02：荷载-跨中挠度曲线与超筋梁的试验荷载-跨中挠度曲线很相似，在荷载达到极限情况