part6-钢筋混凝土结构的有限元分析2 杆系讲解材料

论文题目：钢筋混凝土有限元分析技术在结构工程中的应用学生姓名：刘畅学号：2014105110学院：建筑与工程学院2015 年06月30日有限元分析在钢筋混凝土结构中的应用【摘要】在国内外的土木工程中，钢筋混凝土结构因具有普遍性、可靠性良好、操作简单等优点，而得到了广泛的应用。

钢筋混凝土结构是钢筋与混凝土两种性质截然不同的材料组合而成，由于其组合材料的性质较为复杂，同时存在非线性与几何线形的特征，应用传统的解析方法进行材料的分析与描述在受力复杂、外形复杂等情况下较为困难，往往不能得到准确的数据，给工程安全带来隐患。

而有限元分析方法则充分利用现代电子计算机技术，借助有限元模型有效解决了各种实际问题。

【关键词】有限元分析；钢筋混凝土结构；应用随着计算机在工程设计领域中的广泛应用，以及非线性有限元理论研究的不断深入，有限元作为一个具有较强能力的专业数据分析工具，在钢筋混凝土结构中得到了广泛的应用。

在现代建筑钢筋混凝土结构的分析中，有限元分析方法展现了较强的可行性、实用性与精确性。

例如：在计算机上应用有限元分析法，对形状复杂、柱网复杂的基础筏板，转换厚板，体型复杂高层建筑侧向构件、楼盖，钢- 混凝土组合构件等进行应力，应变分析，使设计人员更准确的掌握构件各部分内力与变形，进而进行设计，有效解决传统分析方法的不足，满足当前建筑体型日益复杂，工程材料多样化的实际情况。

但是在有限元分析方法的应用中，必须结合钢筋混凝土结构工程的实际情况，选取作为合理的有限元模型，才能保证模拟与分析结果的真实性、精确性与可靠性。

在钢筋混凝土结构工程中，非线性有限元分析的基本理论可以概括为：1）通过分离钢筋混凝土结构中的钢筋、混凝土，使其成为有限单位、二维三角形单元，钢箍离散为一维杆单元，以利于分析模型的构建；2）为了合理模拟钢筋、混凝土之间的粘结滑移关系，以及裂缝两侧混凝土的骨料咬合作用，可以根据实际需要在钢筋、混凝土之间，以及裂缝两侧的混凝土之间设置相应的连结单元；3）结合钢筋混凝土结构的材料性质，选用与各类单元相适应的本构关系，即应力应变关系，此类关系为线性或非线性均可；4）与一般的有限元分析方法相同，非线性有限元分析也需要确定各单元的刚度矩阵，并且将其组合为钢筋混凝土结构的整体刚度矩阵，根据结构所受到的各种荷载作用与约束，计算出有限元结点的位移情况、单元应变与单元应力等。

基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析共3篇基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析1混凝土结构是我们生活和工作环境中不可或缺的部分。

为了保证结构的安全性和耐久性，需要进行大量的试验和分析。

钢筋混凝土结构试验有限元分析是其中一种方法，本文将介绍如何基于ANSYS进行试验有限元分析。

1、前期准备工作进行钢筋混凝土结构试验有限元分析前，需要进行一些前期准备工作。

首先要确定模型的尺寸和几何形状，包括梁的长度、宽度和高度，钢筋的数量和材料等信息。

其次是建立材料模型。

钢筋和混凝土的本构关系可以参考各种规范和文献，例如ACI318和EHE等。

最后是进行荷载和边界条件的设置。

这些参数可以根据试验的要求进行设定。

2、建立有限元模型通过ANSYS软件建立钢筋混凝土结构的有限元模型。

其中，混凝土部分采用可压缩性线性弹性模型；钢筋采用弹塑性模型，可以考虑材料的塑性性质。

首先，选择适当的元素类型，包括梁单元和实体单元。

对于梁单元，要选择适当的截面类型和断面参数。

对于实体单元，要确定网格的大小和形状。

然后，按照模型的几何形状和材料参数设置单元类型和属性。

最后，进行单元的划分和网格生成，调整边界条件，使其与试验条件保持一致。

3、分析和结果在模型准备就绪之后，进行分析和结果的处理。

首先，定义荷载和边界条件，可以模拟多种加载模式，例如单点荷载、均布荷载、自重等。

然后，进行静态分析或动态分析。

静态分析可以计算结构的变形、应力和应变等参数；动态分析可以模拟结构在地震、风等自然灾害下的响应。

最后，进行结果的处理和分析。

包括可视化、动画演示、应力云图、位移云图等，能够对计算结果进行全方位的检查和分析。

综上所述，基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析是一种非常有用的手段，可以帮助工程师更准确地评估结构的安全性和耐久性。

它具有良好的可靠性和可操作性，可在较短的时间内快速建立模型和分析结果。

基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析2钢筋混凝土结构是目前建筑工程最常用的一种结构形式，其优点在于承载能力强、耐久性好、施工方便等。

钢筋混凝土结构的有限元分析任何纷繁复杂的知识体系，都如同枝叶繁茂的苍天大树，本人习惯先抓住主干理清思路，然后再对各枝叶逐个击破，混凝土结构的有限元分析亦如是。

本文即从分析层面和单元维度层面梳理了对混凝土结构有限元分析的认知和思考。

需要说明的是，Gin主攻方向是结构工程，本文讨论的范围也仅限于结构工程，暂不包含岩土工程与风工程。

基于分析层面的归纳基于Gin的理解，混凝土结构的有限元分析按照分析层面进行分类，可归纳为材料层面、构件层面及体系层面。

材料层面，揭示了混凝土材料在不同几何维度下最根本的力学机理与物理规律，这是混凝土结构有限元分析的根。

基于基本的力学规律，结合试验结果进行抽象和拟合，便得到了不同维度下、引入不同考量因素的材料本构模型。

如果能得到一个新的本构，估计也够毕业一个博士。

构件层面，即研究各类混凝土结构构件拉、压、剪、扭、弯的力学性能及其耦合效应，并将结果规范化、条文化。

简单点的，如不同高跨比混凝土梁受剪性能研究等等；时髦点的，如某FRP自复位混凝土剪力墙抗震性能研究等等；复杂点的，如不同截面形状钢骨混凝土柱受力性能研究等等……这些都是基于构件层面的分析研究，其应用价值一方面是为工程设计提供指导，另一方面则是为体系分析提供依据。

规范里一个不起眼的建议值，往往背后蕴含着众多学者/学生日以继夜的构件试验。

体系层面，主要是模拟、评估实际结构的各种性能。

就结构工程而言，体系层面的分析主要包括抗风分析与抗震分析。

其应用价值，一方面是从整体上获得结构变形、内力及损伤的分布，为构件层面的设计提供依据；另一方面，得到对结构各项性能的评价，如抗震性能、抗倒塌性能、可恢复性能、舒适性等等，而这恰恰是最直接、也最为人们所关注的指标。

基于单元维度层面的归纳按照计算单元的维度，混凝土结构的有限元分析又可划分为基于一维单元的分析、基于二维单元的分析及基于三维单元的分析。

一维单元主要包括能够描述弯曲性能的梁单元和不能描述弯曲性能的杆单元（此外有还有零长度单元等概念，本文不做过多讨论）。

钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式共3篇钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式1钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式钢筋混凝土是建筑结构中广泛使用的材料之一。

在结构设计与分析过程中，了解钢筋混凝土的本构关系和有限元模式是十分重要的。

本文将从理论和实践两个层面介绍钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式。

一、理论基础1.1 本构关系本构关系是描述材料应力和应变之间关系的数学模型。

对于钢筋混凝土结构来说，其本构关系可以分为弹性和塑性两个阶段。

如图1所示，该曲线表现了材料的应变和应力之间的关系。

在开始阶段，钢筋混凝土材料表现出弹性行为，即在一定范围内，应变和应力呈线性关系，在这个范围内，应力的变化只取决于外力的变化。

当荷载增加时，材料进入塑性阶段，即出现残余变形，弹性不再适用。

此时，应变和应力的关系呈现非线性态势，应力会逐渐增大，直至材料失效。

图1 钢筋混凝土的本构关系曲线1.2 有限元分析有限元分析是一种近似解微分方程的数值分析方法。

该方法将问题分解成一个有限数量的小区域，在每个小区域内建立数学模型，通过连接小区域，组成总体的数学模型。

对于钢筋混凝土结构的有限元分析，可以采用三维有限元模型或二维\轴对称有限元模型等。

二、实践操作2.1 有限元模型的建立在进行有限元分析前，需要建立合适的有限元模型。

在钢筋混凝土结构的有限元分析中，通常采用ABAQUS、ANSYS软件进行模拟。

有限元模型的建立需要考虑结构的几何形状、材料特性、加载条件等，在模型建立的过程中需要进行模型分析和后处理，如应力监测、应变监测、变形量分析等。

2.2 本构关系的采用在建立有限元模型时需要设置材料弹性模量、泊松比、破坏应力等本构关系参数，这些参数可以通过试验数据和经验公式进行估算。

同时，基于实际结构的材料本身的特性和结构内力状态等影响因素，还需要考虑材料的非线性效应，包括弹塑性分析和的动力分析等。

三、应用现状在实际的建筑结构设计和分析中，钢筋混凝土结构的有限元分析被广泛采用，可以帮助工程师更加准确地预测材料的行为，并定位结构的破坏点及应急防御措施。

钢筋混凝土结构非线性有限元分析共3篇钢筋混凝土结构非线性有限元分析1钢筋混凝土结构是现代建筑结构中常用的一种结构形式。

由于钢筋混凝土结构自身的复杂性，非线性有限元分析在该结构的设计和施工过程中扮演着重要的角色。

非线性有限元分析是建立在解析的基础之上的，它可以更真实地模拟结构在实际载荷下的变形和破坏特性。

本文对钢筋混凝土结构的非线性有限元分析进行细致的介绍。

首先需要了解的是，钢筋混凝土结构存在多种非线性问题，如材料非线性、几何非线性和边界非线性等。

这些非线性问题极大地影响了结构的受力性能。

在结构的设计阶段，要对这些非线性因素进行充分分析。

钢筋混凝土结构在材料方面存在很多非线性问题，例如，混凝土的拉应力－应变曲线存在非线性变形，钢筋的本构关系存在弹塑性和损伤等等。

这些材料的非线性特性是钢筋混凝土结构变形和破坏的重要因素。

钢筋混凝土结构材料的非线性特性需要通过相关试验来获得，例如混凝土的轴向拉伸试验和抗压试验，钢筋的拉伸试验等，试验数据可以被用来建立预测结构非线性响应的有限元模型。

钢筋混凝土结构在几何方面存在很多非线性问题，例如，结构的非线性变形、结构的大变形效应、结构的初始应力状态等等。

钢筋混凝土结构几何的非线性效应可通过有限元分析明确地描述。

要对几何非线性进行分析，通常使用非线性有限元分析程序，其中包括基于条件梯度最优化技术的材料和几何非线性分析以及有限元法分析中使用的高级非线性模拟技术。

钢筋混凝土结构的边界条件也可能导致结构的非线性响应，例如基础的扰动、结构的支承和约束条件等。

所有这些条件都会导致模型在分析中出现非线性行为。

最后，非线性有限元分析可以简化结构设计的过程，并且可以更准确地分析结构的性能。

另外，分析过程中还可以考虑更多因素，例如局部的材料变形、应力浓度等等，让设计人员了解到结构的真实状态。

总之，钢筋混凝土结构非线性有限元分析是现代建筑结构中常用的一种结构分析方式，对于设计和施工都有着重要的意义。

钢筋混凝土有限元分析(1)首先建立有限元模型，这里我们选用ANSYS软件自带的专门针对混凝土的单元类型Solid 65，进入ANSYS主菜单Preprocessor->Element Type->Add/Edit/Delete，选择添加Solid 65号混凝土单元。

(2) 点击Element types窗口中的Options，设定Stress relax after cracking为Include，即考虑混凝土开裂后的应力软化行为，这样在很多时候都可以提高计算的收敛效率。

(3) 下面我们要通过实参数来设置Solid 65单元中的配筋情况。

进入ANSYS主菜单Preprocessor-> Real Constants->Add/Edit/Delete，添加实参数类型1与Solid 65单元相关，输入钢筋的材料属性为2号材料，但不输入钢筋面积，即这类实参数是素混凝土的配筋情况。

(4) 再添加第二个实参数，输入X方向配筋为0.05，即X方向的体积配筋率为5%。

(5) 下面输入混凝土的材料属性。

混凝土的材料属性比较复杂，其力学属性部分一般由以下3部分组成：基本属性，包括弹性模量和泊松比；本构关系，定义等效应力应变行为；破坏准则，定义开裂强度和压碎强度。

下面分别介绍如下。

(6) 首先进入ANSYS主菜单Preprocessor-> Material Props-> Material Models，在DefineMaterial Model Behavior 窗口中选择Structural-> Linear -> Elastic-> Isotropic，输入弹性模量和泊松比分别为30e9和0.2(7) 下面输入混凝土的等效应力应变关系，这里我们选择von Mises屈服面，该屈服面对于二维受力的混凝土而言精度还是可以接受的。

在Define Material Model Behavior 窗口中选择Structural-> Nonlinear->Inelastic-> Rate Independent-> Isotropic Hardening Plasticity-> Mises Plasticity-> Multilinear，输入混凝土的等效应力应变曲线如下图所示。