钢筋混凝土有限元分析在结构工程中的应用

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。

ｏ ｅｅｔ ｎ ｎｔｉ ｐ ｐ ｒ ｓ ｌｒｐｏｅｔ ｒ ｓｒｃｉｅｂ ｓ ｇＦｎｔ ｌ ｎ ｅｈ ｄ ｆ ｌ ｉ ．Ｉ ｈｓ ａ ｅ ， ｉ ａ ｒｊｃｓａｅｉ ｔｕｔ ｙｕ ｉ ｉｉ Ｅ ｅ ｓ ｃｏ ｍｉ ｎ ｖ ｎ ｅ ｍｅ ｔ ｔ ｏ ． Ｍ
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模 拟进 行 分析 ， 对 混凝 土 结构 模 拟 钢 筋 的 处 理 、 凝 土 的 本构 关 系和 破 坏 准 则 的 选 取 进 行 论 述 。 并 混
关 键 词 ： 凝 土 结 构 ； 维 有 限 元模 拟 ； 构 关 系 混 三 本 中图分 类号 ： Ｕ４ Ｕ４ Ｔ ； ５ 文献标识码 ： Ａ 文 章编 号 ：０ ８５ ９ （０ ００ —１ ００ １０ —６ ６ ２ １ ）１０ ０ —４
ｐａ ａ ｔｕ ｔ ｒ ａｃ ｌｔｏ ｏ ｅ ，ｂ ｔｔ ｅ ｅａ ｅｓｍ ｐｉｉｄ ｃ ｌｕ ａｉｎｍ ｏ ｅ ｉ ｏ ｉ ｌ ，ｆｒｌｃ ｌ ｎ ｌ— ｌｎ ｒｓｒ ｃｕ ｅｃ ｌｕａ ｉｎｍ ｄ ｌ ｕ ｈ ｒ ｒ ｉ ｌ ｅ ａｃ ｌｔ ｄ ｌ ｓｔｏ ｓｍｐ ｅ ｏ ｏ ａ ａｙ ｆ ｏ ａ ｓｓｏ ｏ ｃｅｅ ｈ ｒ ｒ ｏ ｅ ｉｔ ｎ ． Ｔｈ ｓｐ ｐ ｒｄ ｓｕ ｓ ｓｔ ｅｃ ｎ ｒ ｔ ｎ ｉ ｅ ，ｓａ ｉａｌ ｎ ｅ ｅｍ ｉ ｉ ｆ ｎ ｒ ｔ ，ｔ ｅ ｅａ ｅｓ ｍｅｄ ｖａｉ ｓ ｃ ｏ ｉ ａ ｅ ｉｃ ｓ ｅ ｈ ｏ ｃｅ ｅｅ ｔ ｉｓ ｔｔｃ ｌ ｉｄ ｔｒ — ｔ ｙ

基于有限元分析的土木工程结构设计优化土木工程是研究土木结构设计、建造和维护的学科，其中结构设计是土木工程的重要组成部分。

在土木工程的设计过程中，利用有限元分析作为一种计算工具，可以对结构进行数字模拟和分析，为结构设计提供可靠的支持，最终实现结构设计的优化。

1. 有限元分析在土木工程中的作用有限元分析是一种数值计算方法，它将复杂的结构分割为有限数量的小单元，并对每个小单元进行边界条件和材料特性的设定，然后通过数学和物理的算法来模拟和计算结构的行为。

有限元分析可以预测结构在不同载荷和边界条件下的应力、应变、变形等响应，从而为结构设计提供重要的指导。

2. 有限元分析在土木工程结构设计中的应用有限元分析在土木工程结构设计中具有广泛的应用，例如在建筑物、桥梁、隧道和水坝等项目中。

通过有限元分析，设计师能够优化结构的设计，从而提高结构的安全性、稳定性和经济性。

2.1 结构强度分析在土木工程结构设计中，有限元分析可以用于评估结构在不同载荷情况下的强度。

例如，在桥梁设计中，通过有限元分析可以确定桥梁各个部件的受力情况，进而确定结构的截面尺寸和材料的选型。

2.2 结构稳定性分析有限元分析还可以用于评估结构的稳定性。

对于长跨度桥梁或高层建筑等结构，稳定性是一个非常重要的考虑因素。

有限元分析可以模拟结构在受到外力作用时的变形和位移，进而判断结构是否存在稳定性问题。

2.3 结构振动分析有限元分析还可以用于评估结构的振动特性。

对于桥梁和高层建筑等结构，振动是一个重要的考虑因素。

通过有限元分析，可以预测结构在自然振动频率下的响应，并进一步进行结构设计优化。

3. 有限元分析的优化应用在土木工程结构设计中，有限元分析不仅可以用于评估结构的性能，还可以进行结构设计的优化。

3.1 结构材料优化有限元分析可以模拟不同材料特性下的结构行为，并通过对比分析，选取最优材料以满足设计要求。

例如，在建筑物设计中，可以通过有限元分析来确定适合的混凝土强度等级，以充分利用材料的承载能力，同时保证结构的安全性。

其 中 ，Ｄ ］ ［ 为混凝土材料的弹性矩阵 ；Ｄ ］ ［ 为钢筋的弹性矩阵。
当分析 区域较 大 ， 计算 机软 件和硬 件 的限制 ， 法 将钢 筋 受 无
弹性力 学平面问题 扩展到 空 间问题 、 板壳 问题 ， 由静 力平衡 问 题 和混凝土分别划分单元 ， 同时关心 的是结构物在 外荷 载作用下 的 扩 展到稳定问题 、 动力 问题 和波 动问题 。分析 的对象从 弹性材 料 宏观反应 ， 这种情况下采用整体式模型 比较合适 。 扩展到塑性 、 弹性 、 粘 粘塑性和复合材料 等 ， 固体力 学扩展 到流 从
． １ ～。因此 ， 混凝 土收缩 当量温差为 ： 筑 ， 施工到投入使 用 ， 从 结构 所 承受 的温度 作用 在各 阶段 是不 同 仅 为 ５ ０× ０
的， 相应的温度作用 效应 也会 随 之发 生改变 ， 只有充 分分 析建 筑
物在各个 阶段 所承受 的温度荷载类 型 ， 采用合适 的温度 荷载 计算 ２ ２ 季 节温 差 ．
ＡＴ＝Ｔ 一 。
１ 温度 参数 的确 定
厦 门地区温度 计 算基 本 参数 取 值 ： 季 室外 Ｅ平 均气 温 为 夏 ｔ ３ ． 冬 季室外 Ｅ平均气 温为 ４ 。室 内温度 计算取 值 ： ５ ６ｏ Ｃ； ｔ 正常
考虑施工过程 中的结构混凝 土 自身收缩作 用 ， 只需将 混凝 土
析软件 很 多 ， 主要 有德 国的 Ａ Ｋ 英 国 的 Ｐ Ｆ Ｃ 法 国的 Ｓ Ｓ 种 。位移协调式是钢筋单元 和混凝 土单元共 用节 点 ， 优点是 建 Ｓ Ａ， ＡＥ ， Ｙ－ 其 Ｔ Ｓ 美 国 的 Ａ Ａ Ｕ ， Ｄ Ｎ Ａ Ｓ Ｓ Ｂ Ｒ Ａ Ｅ， Ｏ Ｏ Ｃ Ｓ 模 比较方便 ， 以任意布置钢筋并 可直观获 得钢筋 内力 。缺点是 Ｕ， Ｂ Ｑ Ｓ Ａ ＩＡ， Ｎ Ｙ ， Ｅ Ｓ Ｆ Ｂ Ｓ Ｒ， Ｏ — 可

钢筋混凝土结构建模与有限元分析的应用研究钢筋混凝土是目前使用最广泛的建筑材料之一，因其强度高、耐久性好、施工灵活性高等优点而被广泛应用于各种建筑结构中。

在设计和施工过程中，钢筋混凝土结构需要进行建模和有限元分析，以确保结构的安全性和可靠性。

本文将探讨钢筋混凝土结构建模与有限元分析的应用研究。

钢筋混凝土结构的建模是指将实际结构的几何形状、材料特性和边界条件等信息转化为计算模型的过程。

建模的目的是得到一个能够准确描述结构行为的数学模型，以用于有限元分析。

在建模过程中，需要考虑结构的几何形状、材料性质、外界荷载、支座条件等因素。

一般情况下，可以使用计算机辅助设计（CAD）软件进行几何建模，根据结构的实际情况选择不同类型的有限元单元进行离散化。

有限元分析是指利用数值方法将结构分割为有限个子单元，在每个子单元内进行力学计算，并通过求解子单元之间的平衡关系来得到整个结构的应变、应力和变形等力学参数。

在有限元分析中，需要输入已建模的结构几何信息、材料特性、边界条件和荷载信息等数据，对结构进行数值计算，得到结构在不同工况下的力学响应。

根据计算结果，可以评估结构的安全性，如极限承载力、变形性能等，为结构的设计和施工提供参考依据。

钢筋混凝土结构建模与有限元分析的应用研究主要涉及以下方面：1. 结构性能评估：通过建立真实的结构模型，使用有限元方法对结构在正常使用条件下的力学性能进行分析，包括承载性能、刚度、振动特性等。

通过对结构的性能进行评估，可以发现结构的弱点和不足之处，为结构改进和优化提供依据。

2. 抗震性能研究：钢筋混凝土结构在地震荷载下的抗震性能是一个重要的研究方向。

通过建立真实的3D结构模型，考虑结构的非线性行为、接触条件、材料的损伤和破坏等因素，进行地震动力学分析，评估结构在地震荷载下的抗震性能，并提出相应的抗震设计措施。

3. 施工工艺模拟：在实际的施工阶段，建筑结构会受到施工工艺的影响，包括浇筑过程中的温度和应力的变化等。

ABAQUS钢筋混凝土有限元分析钢筋混凝土作为一种常见的建筑材料，在建筑、交通、水利等领域得到了广泛应用。

然而，钢筋混凝土结构在服役期间会受到多种复杂荷载的作用，导致结构性能退化甚至破坏。

因此，对钢筋混凝土结构进行精确的分析和模拟至关重要。

ABAQUS是一款强大的工程仿真软件，能够模拟各种材料和结构的力学行为。

本文将介绍如何使用ABAQUS 对钢筋混凝土进行有限元分析。

ABAQUS是一款专业的有限元分析软件，它提供了丰富的材料模型库和边界条件设置功能，可以模拟各种复杂结构的力学行为。

ABAQUS具有强大的前后处理功能，用户可以通过直观的界面进行模型构建、材料属性设置、边界条件施加等操作。

同时，ABAQUS还提供了强大的数据分析和可视化工具，方便用户对模拟结果进行详细分析。

钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种材料组成的复合材料。

混凝土是一种抗压强度高、抗拉强度低的材料，而钢筋具有较高的抗拉强度和塑性。

将钢筋嵌入混凝土中，可以提高结构的抗拉强度、抗压强度和韧性。

钢筋混凝土还具有较好的耐久性和防火性能。

在有限元分析中，需要对钢筋混凝土的力学性能进行适当简化。

通常假定混凝土为各向同性材料，钢筋为弹塑性材料。

同时，还应考虑混凝土的裂缝、损伤以及钢筋与混凝土之间的粘结和滑移等因素。

在ABAQUS中，可以对钢筋混凝土结构进行详细的有限元分析。

需要建立合适的计算模型，包括几何模型、材料属性、边界条件和荷载等。

模型建立完成后，可以通过ABAQUS的求解器进行计算，得到各节点位移、应力、应变等结果。

通过对计算结果的分析，可以评价结构的性能和安全性。

例如，可以通过应力和应变分布情况，分析结构的整体和局部稳定性、裂缝分布及扩展等。

还可以观察钢筋与混凝土之间的粘结性能以及评估结构的耐久性。

本文介绍了如何使用ABAQUS对钢筋混凝土进行有限元分析。

通过建立合适的计算模型，设置材料属性和边界条件，以及进行求解计算，可以得到结构的详细应力、应变和位移分布情况。

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。

为 弹性 模 型考 虑 ， 算 获 得 本 工 程 不 利 工 况 下 的位 计
２ ２ 计算模型的建立 ． 岩 石基 础底 边约 束全 部位 移 ， 岩石基 础上 下游边
约 束水 平顺 河 向位移 ， 岩石 基础 两侧 边约 束水 平横河 向位 移 。进水 塔 岩石 基 础 、 凝 土 近 似 为各 向 同性 、 混
范 畴 ， 法 进 行 结 构 的 配 筋 计 算 。基 于 以 上 问 题 ， 无 本 文 以九 井 岗 水 电站 泄 洪 隧 洞 进 口进 水 塔 工 程 为
ห้องสมุดไป่ตู้
工 况二 ： 库水 位 ２ ６０ Ｉ闸 门瞬 时开 启 。计算 ２．０１， Ｔ 工 作 门支座 支撑 板配 筋 。
例 ， 用 Ａｎｙ 有 限 元 分 析 软 件 ， 混 凝 土 衬 砌 作 利 ｓｓ 将
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利用本 软件计 算 出结构 各部 位 的主拉 应力 ， 根据文 再 献［ ， ］ 出的公 式计算 钢筋 的截 面 面积 。 １２ 给
孔 宽 ７５ｍ。进水塔 所 在部位 的地 层 岩性 ， ． 主要 为浅
粒岩， 围岩类 型为 Ⅲ类 。
２ 计 算 工 况 及 建 立模 型
２ １ 计 算工 况 ． 根据实际工程情况 ， 只需 考 虑 以 下 两 种 最 不 利
收 稿 日期 ：０ ００ 一ｌ ２ １—３ｌ 作者简介 ： 徐 金 （９ ９ ）男 ， 徽 芜 湖 人 ， 士 ， １７ 一 ， 安 硕 安徽 省 水 利水 电勘 测 设 计 院 工 程 师

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科 学之 友
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２１年１月 ００ ２
钢 筋 混凝 土梁 非线 性 有 限元分 析 在 实际工程 中的应 用
曹丽园 ，乔冠峰
（． １ 太原理工大学建筑与土木工程学院，山西 太原 ０ ０ ２ ；２山西省建筑职业技术学院 ，山西 ３０ ４ ． 太原 ０００） ３ ００
３ 工程 实例
以下为笔者所做实际工程 的部分平面图（ 由于该 工程为地下
Ｉ ６
０ ８ ２４
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４８
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８
人防工程 ， 配筋量 较大 ， 根据需要梁 中纵向受力 钢筋均采用三级 钢 ）Ｌ 见图 ３ 将其 简化为 简支梁进行分析 。 ，】 ， 梁长度为 ３ｍ， 截面
建议 的公式 ， 上升段为二次抛物线 ， 之后为一水平 的直线段即 ：
当 ≤ 时， ： ［－ １８／ｏ ； Ｃ １ （ － ｃ ）］ ｓ
当 Ｂ ≤ｓ ≤ 时 ， Ｃｏ ｏ ｏ＝ ｒ
其 中 ： 为 混 凝 土 的峰 值 压 力 ，取 《 凝 土 设 计 规 范 》 ｆ 混 （ Ｂ ０ １２ ０ ） Ｇ ５ ０ — ０ ２ 规定 的轴心抗压强度设计值 ； ｓ 和 分别为混凝

ansys 钢筋混凝土建模Ansys 钢筋混凝土建模在现代工程领域中，钢筋混凝土结构的应用极为广泛，从高楼大厦到桥梁隧道，从水利设施到工业厂房，无一不见其身影。

为了确保这些结构的安全性、可靠性和经济性，对其进行准确的力学分析至关重要。

Ansys 作为一款功能强大的有限元分析软件，为钢筋混凝土建模提供了高效且精确的解决方案。

钢筋混凝土是一种由钢筋和混凝土两种材料共同作用的复合材料。

混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度较低；而钢筋则具有良好的抗拉性能。

在实际结构中，两者协同工作，共同承受外力。

因此，在Ansys 中进行钢筋混凝土建模时，需要准确地模拟这两种材料的特性以及它们之间的相互作用。

首先，我们来谈谈混凝土的建模。

在 Ansys 中，混凝土通常可以采用实体单元进行模拟。

对于混凝土的本构关系，我们可以选择合适的模型，如经典的混凝土损伤塑性模型（Concrete Damaged Plasticity Model）。

这个模型能够较好地考虑混凝土在受压和受拉时的非线性行为，包括混凝土的开裂、压碎等现象。

在定义混凝土的材料参数时，需要输入诸如弹性模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度等参数。

这些参数的准确取值对于模型的准确性至关重要。

一般来说，可以通过实验测试或者参考相关的规范和标准来获取这些参数。

接下来是钢筋的建模。

钢筋在 Ansys 中有多种建模方法，常见的有两种：一种是使用杆单元（Link Element）来模拟钢筋，另一种是将钢筋嵌入到混凝土实体单元中（Embedded Element）。

使用杆单元模拟钢筋时，需要定义钢筋的截面积、弹性模量、屈服强度等参数。

这种方法计算效率较高，但对于钢筋与混凝土之间的粘结滑移行为模拟不够精确。

将钢筋嵌入到混凝土实体单元中的方法能够更准确地考虑钢筋与混凝土之间的相互作用，但计算量相对较大。

在这种方法中，需要确保钢筋单元与混凝土单元之间的节点协调。

在钢筋混凝土建模中，还需要考虑钢筋与混凝土之间的粘结滑移。

不规则钢筋混凝土与网架组合结构中有限元分析的应用【摘要】通过对网架和钢筋混凝土组合结构的中型剧院在midasa/gen软件中进行静力荷载、风荷载及地震作用下的结构应变、应力分析，以及不同阻尼比结构的联合计算和支座约束情况模拟，为不规则钢筋混凝土和网架组合建筑结构设计提供一种可行的分析方法。

【关键词】组合结构；体型复杂；组阻尼；应力分析；变形分析；midas；有限元法1 引言目前我国建筑设计院对网架和钢筋混凝土组合结构一般采用分开计算，内力传递的方法进行设计。

但仅仅只是通过支座处内力的传递来进行设计整体设计，对组合结构的阻尼比变化，周期变化还有不同工况下的应力组合都不能通过模型较为准确的反映出真实的结构特征。

因此计算产生的结果就可能会有较大误差，进而造成浪费或者形成安全隐患。

midas/gen是针对建筑及土木结构通用的结构分析与优化设计软件，同时可以做结构抗震分析、施工阶段分析、非线性边界分析、水化热分析、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析。

本文通过midas/gen对网架和钢筋混凝土组合结构在风荷载、地震作用下的结构应力、变形分析的应用，使有限元分析工具在建筑结构设计中使用的更加广泛。

2 工程概况本项目位于甘肃省定西市，建筑物长49.50米，宽29.20米，高14.70米，室内外高差1.80米，长宽比1.70，高宽比0.50，主体采用钢筋混凝土框架结构，局部错层，屋盖采用正放四角锥平板网架，网架支座采用平板压力支座。

图1：模型轴测图。

定西市地震烈度为7度，地震加速度0.15g，场地类型为ⅱ类，设计地震分组为第三组，基本风压w0=0.30kn/㎡。

3 应力及变形分析midas/gen建模过程中，混凝土梁、柱均采用梁单元类型，楼板采用板单元，网架杆件采用桁架单元。

网架的支座类型为平板压力支座，支座在网架平面内有一定的转动自由度，因此对边界条件重新定义，释放平面外转动约束。

3.1 组阻尼比计算钢筋混凝土结构的阻尼比为0.05，网架结构的阻尼比为0.02，midas/gen提供不同阻尼比结构在同一个建筑结构中的组合阻尼比的计算方法。

非线性有限元在结构分析中的应用综述摘要：钢筋混凝土结构在土木工程中应用越来越广泛，随着理论研究的进一步深入和电子计算机的飞速发展，钢筋混凝土非线性有限元法得到了迅速的发展，尤其近几年来，在结构分析领域，钢筋混凝土非线性有限元法的应用日趋普遍。

因为非线性有限元法具有“全过程仿真”的特点，对于钢筋混凝土这种应用最为广泛而又复杂的结构更是有着其他方法无法比拟的优势。

从钢筋混凝土非线性有限元分析理论及其在结构工程中的应用说明了钢筋混凝土非线性有限元分析已成为结构分析中不可或缺的关键部分。

关键词：结构分析;非线性;仿真;有限元分析钢筋混凝土结构是土建工程中应用最为广泛的一种结构。

但是对钢筋混凝土的力学性能掌握的还不够全面，特别是混凝土。

因为混凝土成分复杂、性能多样。

长期以来，人们用线弹性理论来分析钢筋混凝土结构的应力或内力，以极限状态的设计方法确定构件的承载能力、刚度、和抗裂性，显然二者是互不协调的。

非线性有限元分析就是结合钢筋混凝土特点而新发展起来的一种弹塑性分析方法。

有限元分析方法能够给出结构内力和变形发展的全过程;能够描述裂缝的形成和扩展，以及结构的破坏过程及其形态;能够对结构的极限承载能力和可靠度作出评估;能够揭示出结构的薄弱部位和环节，以利于优化结构的设计。

同时，它能广泛地适应于各种结构类型和不同的受力条件和环境。

一、有限元方法发展概况最早把有限元分析方法用于钢筋混凝土结构的是美国学者D.Ngo和A.C.Scordelies，在他们的研究中，沿用已有的有限元方法，将钢筋和混凝土均划分为三角形单元，用线弹性理论分析钢筋和混凝土的应力;并针对钢筋混凝土结构的特点，在钢筋和混凝土之间附加了一种粘结弹簧，从而可以分析粘结应力的变化;对于裂缝，他们根据实验，预先设置了一条剪切斜裂缝，裂缝间也附加了特殊的连结弹簧，以模拟混凝土裂缝间的骨料咬合力和钢筋的销栓作用。

1968年，Nilsson等人发展了Ngo的工作，将钢筋与混凝土之间的非线性粘结关系及混凝土的非线性应力应变关系引入有限元分析。

钢筋混凝土有限元模型简化方法方面钢筋混凝土是一种常用的建筑材料，广泛应用于各种结构中。

在结构分析中，有限元方法是一种常用的分析方法，可以用于模拟和预测结构的力学行为。

然而，钢筋混凝土结构的有限元模型往往非常复杂，需要大量的计算和时间。

因此，简化有限元模型成为一个重要的研究方向。

钢筋混凝土结构的有限元模型可以通过多种方法进行简化。

首先，可以通过降低模型的维度来简化模型。

钢筋混凝土结构往往是三维的，但在某些情况下，可以将其简化为二维平面模型或轴对称模型。

这种简化方法可以大大减少计算量和模型复杂性，提高计算效率。

另一种简化有限元模型的方法是采用等效单元模型。

在钢筋混凝土结构中，钢筋和混凝土具有不同的材料性质和力学行为。

为了简化模型，可以将钢筋和混凝土等效为单一材料，使用单一材料的性质来代替钢筋和混凝土的复杂行为。

这种方法可以减少模型中的节点数和单元数，简化模型的计算和分析过程。

还可以通过简化结构的几何形状来简化有限元模型。

钢筋混凝土结构往往具有复杂的几何形状，例如梁、柱、板等。

在某些情况下，可以将复杂的结构形状简化为简单的几何形状，例如矩形、圆形等。

这种简化方法可以减少模型中的节点数和单元数，简化模型的计算和分析过程。

另一种常用的简化有限元模型方法是采用等效荷载模型。

在实际情况中，钢筋混凝土结构可能受到多种荷载的作用，例如静荷载、动荷载等。

为了简化模型，可以将不同荷载转化为等效荷载，使用等效荷载来代替实际荷载。

这种方法可以减少模型中的节点数和单元数，简化模型的计算和分析过程。

钢筋混凝土结构的有限元模型还可以通过简化材料性质来简化模型。

在实际情况中，钢筋混凝土的材料性质可能具有很大的变化范围。

为了简化模型，可以将材料性质统一为某个平均值或简化的数值。

这种方法可以减少模型中的节点数和单元数，简化模型的计算和分析过程。

钢筋混凝土结构的有限元模型可以通过降低维度、采用等效单元模型、简化结构几何形状、采用等效荷载模型以及简化材料性质等方法进行简化。

一
、
钢筋混凝土结构材料 特性与非线
钢筋混凝 土结构是 目前结构工程 中最
性有 限元分析 的意义
主要的结构形式。钢筋混凝土是 由两种不 同的材料—一 混凝 土和钢筋组合而成的 ， 其性能 明显地依赖于这两种材料的性 能 ， 在 受力过程 中， 混凝土和钢筋的各种非线性性
”算结构 力和 变形就不 能反映结构 的实
因为混凝土 内伍 力学性能 的高度复 杂性 ， 这导致许 多材料模型的出现 。当代众 多学 者提 出的混凝土在复杂应力状态下的本构 关系可以 归纳为五种： ） 线性弹性理论， １非 ２ ）亚弹性理论 ，３ ）塑性 理论 ； ）内时理 ４ 论，５ ）塑性断 裂理论。混凝土破 坏准 则从
应用 ＡＤ Ｎ Ｉ Ａ对宽肢 Ｔ形柱的非线性有限元分析
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（ 滞 回模 型路径 比较 复杂 。 ４ ）
总结 了用非 线性有 限元分析钢筋混凝土 结构
的重要 意义 ，井采 用有 限元 法应 用 Ａ ｔ＾对 Ｄｌ ｌ ｌ
筋混凝士结构进行非线性 分析时具有更强 人 的功能 ，它针 对钢 筋混 凝土 材料 的特 点 ，专 门研 制 了适合 钢筋 混凝 土结构 的 本 类 似 ，其 基 本 步骤 是 ： （） １ 使用前处理系统ＡＤ ＮＡ— Ｉ ＡＵＴ定
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混凝 土 的特 点是材 料 组成 的 不均 匀 性 ，并且存在初始微裂缝 。尽 管近 ３ 年柬 ０ 广泛研究并 已取得很大进展 ，混凝土结构

ABAQUS钢筋混凝土有限元分析钢筋混凝土是工程结构中常用的材料之一，它由水泥、砂、骨料和钢筋等材料组成。

ABAQUS是一种常用的有限元分析软件，可以实现对钢筋混凝土结构的静力和动力分析。

钢筋混凝土有限元分析通常包括以下几个步骤：建模、网格划分、施加载荷、求解、分析结果和后处理。

在建模过程中，首先需要确定模型的几何形状和边界条件，如结构的尺寸、截面形状和荷载情况。

然后，使用ABAQUS中的三维实体或平面模型来创建结构模型。

接下来，进行网格划分，将模型分割成小的有限元单元，以便于后续的分析计算。

在施加载荷过程中，需要根据具体的分析目的和加载方式给定荷载条件，如静力荷载或动力荷载。

可以给定荷载的大小、方向和作用位置。

在求解过程中，使用ABAQUS的求解器对结构模型进行计算，得到结构的受力状况。

分析结果包括了应力、应变、位移和反应力等参数。

可以使用ABAQUS中的后处理工具来查看和分析这些结果。

可以绘制应力云图、位移云图、剪力和弯矩图等，以提供直观的分析结果。

钢筋混凝土有限元分析在工程实践中有多个应用领域。

例如，在建筑结构设计中，可以分析钢筋混凝土柱、梁、板和墙等元件的受力性能，以评估结构的稳定性和安全性。

在桥梁工程中，可以分析钢筋混凝土桥墩和桥面板的受力性能，以确定其荷载承载能力。

在地基工程中，可以分析钢筋混凝土基础的受力状况，以评估地基的稳定性和变形性能。

总体而言，钢筋混凝土有限元分析可以帮助工程师更好地理解和评估钢筋混凝土结构的受力性能，以指导结构设计和施工过程。

同时，利用ABAQUS这类有限元分析软件，可以提高分析效率和计算精度，为工程实践提供有力的技术支持。

有限元数值模拟技术在钢结构施工、节点优化方面的应用摘要：随着建筑业的不断发展，建筑施工技术更加趋近于科学化，计算机信息技术被广泛地运用于建筑业，为建筑施工提供安全保障。

本文主要运用有限元数值模拟技术，对某项目的整个施工过程中的桁架稳定性、节点进行模拟计算，确保施工过程中的安全稳定性。

通过数值模拟分析结果表明：有限元数值模拟技术，能够较好地模拟施工过程中的各个阶段的受力形态，确保施工过程中的安全稳定性，同时通过对节点的非线性分析，可以在保证节点正常受力的同时，降低了工程成本，减小了钢板厚度，也避免了因钢板厚度较大，而造成的焊接收缩变形等问题。

关键词：有限元；节点；数值模拟；受力形态；非线性；焊接收缩引言横琴粤港澳金融中心项目的伸臂桁架钢构件以构件大、钢板厚、桁架高为显著特点，材质为Q345GJC。

其中，桁架最大截面为B700*400*80，施工难点主要有：1）桁架高度大，平面外的侧向稳定性难以保证，2）构件自重大，桁架在散装过程中，下方的临时支撑需充分保证桁架整体的强度及挠度变形，确保不会造成标高偏差等影响。

同时，本项目钢管柱截面大，梁-柱节点形式多样且数量庞大，土建地下采用的是半盖挖逆作法施工，梁-柱节点需结合盖挖施工特点，进行对应的调整与优化，在保证强度及稳定性满足设计要求的情况下，合理节约钢材。

面对以上问题，要求施工单位能够采用有限元数值模拟技术，对整个施工过程的桁架稳定性、节点进行模拟计算，确保施工过程中的安全稳定性。

2 伸臂桁架施工过程数值模拟分析伸臂桁架的安装包括：下弦安装、腹杆安装、上弦安装三个阶段，本文采用有限元分析软件MIDAS GEN 8.26对以上3个阶段以及卸载阶段的桁架及临时支撑进行稳定性分析。

2.1 模型建立采用MIDAS GEN软件中的梁单元进行模型的建立，不同的施工阶段荷载主要为桁架的自重，桁架下方采用H型钢临时支撑，截面为H300*300*10*15mm，材质为Q345B，边界条件为固接，建立模型如下图所示：4 结论通过对施工过程中的不同阶段的数值模拟分析以及节点的非线性分析，可以得出如下结论：1）有限元数值模拟技术，能够较好地对施工过程中的稳定性进行计算，确保施工过程中的安全稳定性，同时通过对节点的非线性分析，可以在保证节点正常受力的同时，降低了工程成本，减小了钢板厚度，也避免了因钢板厚度较大，而造成的焊接收缩变形等问题。