有限元分析中钢筋混凝土梁的预应力模拟

预应力混凝土中预应力损失的数值模拟1. 引言预应力混凝土是一种重要的结构材料，具有较高的强度和耐久性。

在预应力混凝土中，预应力损失是一种普遍存在的现象，它会对结构的性能和安全性产生影响。

因此，对预应力损失的数值模拟研究具有重要的理论和实际意义。

2. 预应力损失的分类预应力损失可以分为瞬时损失和时间依赖性损失两种类型。

瞬时损失主要包括初始损失和传递损失。

初始损失是由于张拉后混凝土的收缩产生的，而传递损失是由于张拉钢筋和混凝土之间的摩擦力和锚固力产生的。

时间依赖性损失主要包括徐变损失和松弛损失。

徐变损失是由于混凝土的徐变而引起的，而松弛损失则是由于张拉钢筋的松弛和混凝土固结引起的。

3. 预应力损失的数值模拟方法预应力损失的数值模拟方法主要包括经验公式法、理论分析法和数值模拟法三种。

（1）经验公式法经验公式法是根据实验数据和经验公式计算预应力损失的方法。

这种方法简单易行，但精度较低，适用于小型结构和初步设计。

（2）理论分析法理论分析法是根据混凝土力学和材料力学理论，通过建立数学模型求解预应力损失的方法。

这种方法精度较高，但需要较高的数学和力学知识，适用于大型结构和深入研究。

（3）数值模拟法数值模拟法是通过计算机模拟混凝土和钢筋之间的相互作用，求解预应力损失的方法。

这种方法精度较高，适用于各种结构和复杂情况。

4. 数值模拟方法的流程数值模拟预应力损失的方法主要包括以下几个步骤：（1）建立数学模型建立数学模型是数值模拟的第一步。

模型应包括混凝土、预应力钢筋以及周围环境等要素。

其中，混凝土应考虑材料的非线性性、徐变性和损伤性等因素，预应力钢筋应考虑张拉、松弛和徐变等因素。

（2）确定边界条件边界条件是数学模型的重要组成部分。

边界条件包括预应力钢筋的预应力和张拉方式，混凝土的初始状态和加载方式等。

（3）求解数学模型求解数学模型是数值模拟的核心步骤。

求解方法主要有有限元方法、网格方法和边界元方法等。

（4）验证数值模型验证数值模型是数值模拟的最后一步。

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。

分析过程（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Define Material 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。

先简支后连续结构的非线性有限元分析摘要：利用体外预应力来进行先简支后连续结构的后连续段的二次张拉以其施工快捷的优势定会具有广阔的应用前景。

其结构体系较为复杂，设计涉及的问题较多。

本文利用大型通用有限元软件ANSYS来对先简支后连续梁进行全过程数值模拟。

关键词：非线性分析，简直，连续，应力1 基于ANSYS的预应力混凝土梁的数值模拟通常钢筋混凝土结构的有限元模型主要有三种方式：分离式、整体式、组合式。

而利用ANSYS分析时，主要利用分离式和整体式两种模型。

分离式模型把混凝土和钢筋作为不同的单元来处理，即混凝土和钢筋各自划分为足够小的单元，两者的刚度矩阵是分开来求解的，考虑到钢筋是一种细长材料，通常可以忽略其横向抗剪强度，因此可以将钢筋作为线单元处理。

钢筋和混凝土之间可以插入粘结单元来模拟钢筋和混凝土之间的粘结和滑移。

一般钢筋混凝土是存在裂缝的，而开裂必然导致钢筋和混凝土变形的不协调，也就是说要发生粘结的实效与滑移，所以此种模型的应用最为广泛。

整体式模型也称为分布式模型或弥散钢筋模型，即将钢筋连续均匀分布于整个单元中，它综合了混凝土与钢筋对刚度的贡献，其单元仅为SOLID65，通过参数设定钢筋分布情况。

通常混凝土裂缝的处理方式有离散裂缝模型、分布裂缝模型和断裂力学模型。

对于分离式和整体式有限元模型，ANSYS则均采用分布裂缝模型的处理方式。

分离式模型的优点是可以考虑钢筋和混凝土之间的粘结和滑移，而整体式模型则无法考虑粘结和滑移，认为混凝土和钢筋之间粘结很好是刚性连接。

就建模和计算而言，分离式模型建模复杂，尤其是钢筋较多且布置复杂时，且计算不易收敛，但其结构更加符合实际；而整体式模型建模简单，计算易于收敛，但其结果较分离式模型粗略。

对于实际钢筋混凝土结构，由于结构构件多且钢筋布置复杂，建议采用整体式模型进行分析，其结果也足够精确；对于单个构件要考虑其他因素影响时，可采用分离式模型进行分析，以便于数值试验或试验结构进行对比分析，从而获得参数分析结果。

文章编号:100926825(2007)0820095202ANSYS 对预应力混凝土纯扭梁的有限元分析收稿日期622作者简介许天璇(82),男,硕士,助理工程师,中机国际工程设计研究院江苏分院,江苏南京　许天璇摘　要:在对预应力混凝土受扭构件材料的本构关系和建模方法等有限元分析理论的研究基础上,利用ANSYS 有限元程序对三根不同条件下的预应力混凝土纯扭梁进行了全过程非线性分析,有限元分析的结果表明,配置与纵轴有夹角的折线式螺旋形预应力钢筋可以在不增加预应力钢筋截面积的情况下,更加有效地提高预应力混凝土构件的抗扭强度。

关键词:ANS Y S ,预应力混凝土,纯扭,有限元中图分类号:TU375.1文献标识码:A 过去对钢筋混凝土受扭构件的研究,较多的是着重于极限状态的强度问题,而对构件受力后的内力与变形的关系研究的不够。

由于预应力混凝土纯扭构件在荷载作用下实际上是处于非弹性的空间受力状态,其内力与变形的关系更为复杂。

对考虑构件受力变形协调条件和材料非线性特性后进行的有限元全过程分析,将有助于了解构件在整个受荷载状态下应力与应变的关系,从而帮助人们对预应力混凝土构件在受扭后的工作机理有进一步的认识,对推动理论研究和改进设计方法有着重要意义。

1　材料的本构关系文中对预应力钢筋的本构关系采用双线性随动强化模型“B KIN ”,屈服后弹性模量取为原始弹性模量的0.01倍;混凝土采用多线性等向强化模型“M ISO ”,本构关系采用Desayi 在文献[1]中建议的应力应变关系曲线,模型简化为只考虑上升段,而下降段为水平段的本构关系,如图1所示。

其应力应变关系为:0≤ε≤εcσ=f c [2ε/εc -(ε/εc )2],　εc ≤ε≤εu σ=f c 。

其中,ε为混凝土的应变;εc 为混凝土峰值压应变,取0.002;εu 为混凝土极限压应变,取0.0033;σ为混凝土的应力;f c 为混凝土的抗压强度设计值。

基于有限元的复合钢混凝土桥梁热点应力分析刘源【摘要】复合钢混凝土桥梁在其使用周期中受交通荷载影响产生显著动态影响,此时焊接接头是桥梁最薄弱部位之一.采用热点应力法(HSM),对考虑车速和路面粗糙度的焊接变形疲劳接头进行了疲劳寿命评估,用实体单元模拟焊接接头,建立三维动态车-桥互动模型.考虑桥式车辆与路面粗糙度动力相互作用,考虑全局和局部的应力和对疲劳寿命的高散射动态放大效应.局部方法表明,详细的局部应力定义是评估现有道路桥梁疲劳性能的基础.此外讨论了年交通量增长率对疲劳寿命的影响.【期刊名称】《公路工程》【年(卷),期】2018(043)005【总页数】6页(P260-265)【关键词】钢混凝土桥梁;热点应力法;疲劳寿命【作者】刘源【作者单位】吉林省交通实业集团有限公司,吉林长春130000【正文语种】中文【中图分类】U4411 概述在桥梁服役过程中，随机的交通荷载与路面的恶化造成桥梁结构引起冲击问题，导致桥梁寿命缩短[1]。

尤其针对钢桥梁，频繁的重载冲击造成主梁挠度增大，钢梁凸缘易引发疲劳裂纹导致断裂[2]。

因此许多发达国家基础设施维护机构都在评估服役时间较长的旧钢桥疲劳裂纹，我国针对这一问题研究起步较晚，但发展迅速，为此本文在前辈研究的基础上进行限元模拟方法，对钢-混凝土桥梁进行热点应力分析，并在分析中考虑了路面裂化与车辆通行量等参数，对桥梁寿命进行合理评估。

2 案例研究本文设计了一座典型复合钢筋混凝土简支梁桥作为桥梁热点应力分析的例子，桥梁宽13 m，长40 m，如图1所示。

桥梁由4根钢梁与0.225 m厚混凝土板组成，见图2。

选用钢材屈服强度为350 MPa，极限抗拉强度485 MPa，弹性模量为2.05×105 MPa，泊松比为0.3，材料密度为7850 kg/m3，混凝土板密度为2500 kg/m3，抗压强度为25 MPa，弹性模量为3.05×104 MPa，泊松比为0.2。

ANSYS在预应力钢筋混凝土结构非线性分析中的应用一、本文概述随着现代建筑技术的不断发展，预应力钢筋混凝土结构因其独特的性能优势，如高强度、高刚度、良好的耐久性等，被广泛应用于桥梁、高层建筑、大坝等各类工程结构中。

然而，这种结构的非线性行为，特别是在承受复杂荷载和预应力作用下的表现，使得其设计和分析变得复杂而具有挑战性。

因此，寻求一种有效的工具和方法来进行预应力钢筋混凝土结构的非线性分析至关重要。

本文旨在探讨ANSYS软件在预应力钢筋混凝土结构非线性分析中的应用。

我们将简要介绍预应力钢筋混凝土结构的基本原理和特点，以及非线性分析的必要性。

然后，我们将详细阐述ANSYS软件的基本框架、功能模块以及其在非线性分析中的优势。

接着，我们将通过具体案例，展示如何使用ANSYS软件进行预应力钢筋混凝土结构的建模、预应力施加、荷载加载以及结果的后处理。

我们将对ANSYS在预应力钢筋混凝土结构非线性分析中的效果进行评估，并讨论其在实际工程应用中的潜力和限制。

通过本文的研究，我们期望能为工程师和研究人员提供一种利用ANSYS软件进行预应力钢筋混凝土结构非线性分析的有效方法，为相关工程实践提供理论支持和实际指导。

二、ANSYS软件简介ANSYS是一款功能强大的工程仿真软件，广泛应用于各种工程领域的分析，包括结构、流体、电磁、热传导等多物理场耦合问题。

它以其高度的准确性、稳定性和广泛的应用领域而受到工程师和研究人员的青睐。

ANSYS提供了丰富的单元库和材料模型，使得用户可以准确地模拟各种复杂的工程问题。

在预应力钢筋混凝土结构的非线性分析中，ANSYS凭借其强大的非线性求解能力和丰富的材料模型库，可以模拟钢筋与混凝土之间的相互作用，以及预应力对结构性能的影响。

通过定义合适的材料本构关系、非线性行为以及接触关系，ANSYS可以对预应力钢筋混凝土结构在受力过程中的应力分布、变形行为以及破坏模式进行精确的预测。

ANSYS还提供了丰富的后处理功能，可以帮助用户直观地展示和分析仿真结果，如应力云图、变形云图、荷载-位移曲线等，从而帮助用户深入了解结构的受力性能和破坏机理。

双预应力混凝土梁静载开裂数值模拟分析摘要：基于ansys有限元分析软件，采用实体建模法建立双预应力混凝土梁1/2有限元模型。

利用建立的有限元模型对已有双预应力混凝土梁试验进行静载开裂模拟，计算所得的开裂荷载值与试验结果吻合较好，表明模拟技术的合理有效，可为双预应力混凝土梁分析方法提供参考。

关键词：双预应力；混凝土梁；静载；有限元中图分类号：tu528文献标识码： a 文章编号：引言双预应力混凝土梁是预应力梁体系中较为特殊的梁体，通过在普通预应力梁截面受压区设置预压筋来减少梁在使用阶段截面下边缘混凝土的拉应力，同时减小上边缘混凝土的压应力来降低梁的截面高度，改善梁性能[1]。

国内外从理论与试验上对双预应力混凝土梁各项性能的研究工作较多[2-8]。

随着科学技术的发展，计算机计算能力提高，采用有限元分析软件进行结构数值模拟分析是较为经济的研究方法。

本文基于ansys有限元分析软件中apdl参数化设计语言，编写了双预应力混凝土梁静载受力过程的命令流。

采用实体建模法建立双预应力混凝土梁有限元模型对已有双预应力混凝土梁试验进行静载开裂数值模拟，并将模拟结果与试验值进行了对比验证，为采用有限元分析法进行双预应力梁研究提供参考。

1 双预应力混凝土静载试验介绍天津大学建筑工程学院进行了双预应力混凝土梁静力加载试验分析，描述了梁从加载到开裂过程的现象，测得了开裂时的荷载。

试验梁长4.4m，截面为0.4×0.3m；混凝土强度为c50；纵筋采用φ25hrb335；预压钢管采用φ32×6mm 12 cr1mov钢管，截面面积ag=490.09mm2；钢绞线采用φj15.2高强低松弛钢绞线，截面面积aj=139mm2，抗拉强度标准值ftb=1860mpa[5]。

2 有限元建模关键问题利用有限元分析软件ansys进行建模分析时需要对几个关键问题进行解决：单元的选取问题、材料本构关系、破坏准则、模型建立与网格划分、预应力的施加方法。

ABAQUS有限元分析钢筋混凝土连续梁内力重分布的影响因素随着工程建设和技术水平的不断提升，ABAQUS有限元分析技术被广泛应用于工程力学领域，特别是结构力学方面的研究中。

钢筋混凝土连续梁是一种常见的工程结构，在受力过程中会出现内力分布的变化。

本文将以ABAQUS有限元分析钢筋混凝土连续梁内力重分布的影响因素为主题，对此进行探讨。

1. 梁的几何形状和区间长度钢筋混凝土连续梁的几何形状和区间长度是影响内力分布的主要因素之一。

随着几何形状的变化，梁的受力情况也会发生变化，因此影响内力分布的因素包括梁的截面形状、宽度、高度等方面，以及不同区间长度的差异等。

2. 材料性质材料性质是影响钢筋混凝土梁内力分布的另一个关键因素。

钢筋混凝土的强度、韧性等基本性质都会对内力分布产生重要的影响。

在ABAQUS有限元分析中，材料性质的设定是十分重要的，包括混凝土、钢筋的材料性质等方面。

3. 荷载类型和荷载大小荷载类型和荷载大小都对内力分布产生重要的影响。

不同类型的荷载会产生不同的力学响应，从而影响内力的分布情况。

同时，荷载大小的不同也会影响内力分布的程度和形态。

4. 支座形式支座形式是钢筋混凝土连续梁内力分布的另一个重要因素。

不同的支座形式会对梁的刚度产生不同的影响，从而对内力分布产生不同的影响。

在ABAQUS有限元分析中，支座形式的设定需要考虑支座的类型、位置、刚度等因素。

综上所述，钢筋混凝土连续梁内力重分布的影响因素包括梁的几何形状和区间长度、材料性质、荷载类型和荷载大小、支座形式等方面。

针对这些因素，我们可以通过ABAQUS有限元分析工具，对钢筋混凝土连续梁内力分布情况进行模拟和计算，并针对不同的影响因素进行分析和改进，进一步提高工程建设的质量和性能。

为了更好地分析钢筋混凝土连续梁内力重分布的影响因素，我们需要收集和整理相关的数据，进行量化和分析。

以下是一些可能的数据类型和分析方法。

1. 梁的截面面积和惯性矩梁的截面面积和惯性矩是直接影响内力分布的因素之一。