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用Ansys或Abaqus分析钢管混凝土结构或构件

用Ansys或Abaqus分析钢管混凝土结构或构件

以上两个软件国外都有人用来分析钢管混凝土结构，但建模的方

法不尽相同。关键在于钢管和混凝土本构关系的选取以及两者之间的

界面处理方法，各位有没有这方面的经验能向我们大家介绍一下。

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程序中大概只有Drucker-Prager比较适合描述受约束混凝土的本

构关系，因为这个模型可以考虑hydrostaticstress（流体静应力）的

影响。在程序中，需要输入cohesion,angleofinternalfriction，

(onemoreforANSYSistheangleofdilatancy)。

值得注意的是，两个软件确定这几个参数的公式各不相同，很是

令人头疼。

其实usermanuals不可能给出明确的表达式，因为到目前为止，

好像没有研究把钢管的强度，混凝土的强度，含钢率等等因素（i.e.

theconfinement）全部在Drucker-Prager中考虑进去。

至于两种材料的界面，日本的HanbinGe曾用linkelement来模

拟，但在他的文章中，没有详细的描述。轴压状况下，好像可以忽略

滑移。偏压可能情况有所不同。

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韩教授书上的混凝土应力-应变关系，可以简单理解为单向受力的

混凝土本构关系（考虑了钢管的约束），因此不能用于多向应力状态

下混凝土的有限元分析。材料非线性有限元分析，需要定义材料的屈

服面，流动准则，强化准则，等等。对受约束的混凝土，还要考虑体

积膨胀，钢管对它的约束等因素。显然，不是一个简单的应力-应变曲

线所能概括的。

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三向有限元分析，需要定义屈服面、流动准则和强化准则等等，

而考虑钢管约束的混凝土本构关系，只是应力-应变关系。

对钢管混凝土的有限元分析，主要困难是如何定义屈服面，和模

拟两个材料之间的滑移，我曾经用过接触分析（contactanalysis）来

求轴压构件的承载力，发现最大承载力能够比较精确地求得，但是精

确的荷载-位移曲线很难获得，因为商用软件（位移曲线很难获得，因为商用软件（）里面的

D-P模型是塑性模型。最近正在想定义一个适用于钢管混凝土的本构

关系，不知道能够行的通。有了确定的结果，一定和大家探讨。

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没想到一年前发的一个帖子引起大家这麽多关注，感谢大家的支

持。

本人现在已完全实现用Ansys分析钢管混凝土，现在将我的思路

介绍一下，不当之处请指正。

1。钢单元采用壳元，混凝土采用实体元，界面采用接触单元，另

外也可以加弹簧单元，如果加弹簧单元后，接触元的摩擦系数可设为0。

2。钢材用弹塑性模型,泊桑比可取为0.25，混凝土模型的弹性阶

段泊松比可取为0.2，弹塑性阶段有两种方式实现，一种采用Drucker-

Prager模型，因为该模型中两个参数和具体约束状态相关，但选择时

计算结果差别不大，建议对于圆形截面采用同一组参数，对于方、矩

形分区采用两组参数；另一种方法是直接输

入由试验得出的单向素混凝土模型，因为所谓的三向应力应变模

型是在单向基础上产生的，给出双向应力状态和单向应力状态情况下

的比值，根据计算过程中截面的变形，即可得出截面实际的应力分布。

界面的摩擦系数可采用0.25。

3。对于短柱可采用1/4对称截面，对于长柱可采用1/2对称截面。

4。以上方法分析结果不仅能较精确的得出承载力，而且能模拟下

降段，和大量试验结果吻合较好。

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请问各位高手，钢管混凝土接触分析中，面对面的接触单元怎么

生成？需要设置什么参数？看了几本书，都讲的很含糊，看不懂，不

知怎么搞