2022年钢筋混凝ansys算例 .pdf

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1、钢筋混凝土结构开裂计算方案1概述开裂计算是工程中比较关心的问题，但一直是有限元分析的一个难点，涉及到材料本构、计算收敛性等诸多问题。ANSYS CivilFEM提供了钢筋混凝土结构开裂计算功能，其中土木专用模块CivilFEM提供的非线性混凝土计算适用于混凝土梁结构的非线性计算（包括开裂） ，可以直接通过截面定义钢筋，从而模拟钢筋混凝土梁。但对于更一般的结构，用梁单元来模拟不一定合适，需要采用更一般的单元，ANSYS 提供了专用的钢筋混凝土实体单元SOLID65 来模拟钢筋混凝土结构，该单元材料采用混凝土材料模型，可定义混凝土的开裂、压碎准则。 另外可以定义钢筋方向和体积率，可用来模拟钢筋混凝

2、土的破坏。本文将通过算例对 ANSYS CivilFEM开裂计算的效果进行探讨，并针对一些计算难点提出初步的解决方案。2CivilFEM 开裂计算CivilFEM适合于梁结构开裂分析，另外为了与后面SOLID65 单元开裂计算结果进行比较，先探讨了CivilFEM的开裂计算。 CivilFEM开裂计算需要考虑的要点：1、激活 CivilFEM非线性模块（ CFACTIV ,NLC,Y ） ，这是 CivilFEM非线性计算的前提。2、即使事实上为小变形，也必须打开几何非线性效应（NLGEOM,ON） ，否则无法激活非线性迭代。3、通常应该关闭求解控制（SOLCONTROL,OFF） ，由于Ci

3、vilFEM非线性计算通过修改实常数的等效方法，自动求解控制反而可能导致发散。4、在收敛不好的情况下，可以增加子步数、打开自动步长（AUTOTS,ON ）或可以给定一个比较大的迭代数（NEQIT,NUM）,以改善收敛，线性搜索有时也可以改善收敛（LNSRCH,ON ） 。5、有些情况下上述调整可能仍然无法保证收敛，这通常发生在一些开裂、受压区状态转换的临界点，尤其在动力分析中更易出现，可以结合两个办法克服，一是放松收敛准则（CNVTOL ） ，开裂分析状态变化剧烈，往往是接近收敛但出现振荡，放松收敛可以保证在较松的准则下收敛，但可得到足以满足要求的结果。另一个方法是在未收敛情况下仍然继续下一步

4、计算（NCNV ,0） 。不收敛往往发生在一些临界点，该命令可以保证跳过这些点，而后续载荷步往往可以迅速收敛，只要结构事实上具有平衡状态，没有失效，则这种处理不会影响到总体结果，后面的动力分析实例也可说明这一点。以悬臂梁为例，该悬臂梁长10m，截面如图1 所示，尺寸为0.6m0.5m，钢筋直径20mm，混凝土保护层厚40mm。混凝土参数（国际单位制）：弹模 E=28.848E9, 泊松比=0.2, 密度 D=2600 ， 钢筋参数：E=200E9, =0.3, D=7800 。2.1 CivilFEM开裂静力分析计算采用的命令流为文件crack_static_cv.txt。图 2 为 Civi

5、lFEM定义的截面， 计算采用梁单元beam54 （在 CivilFEM中 beam54、beam44梁单元可以进行非线性计算），CivilFEM在定义梁单元截面后自动计算beam54 单元的实常数，无需用户输入。图3 为实际形状显示的悬臂梁模型。图 1 截面名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - 梁一端固支，一端施加Y 向力，考虑图4 所示可变载荷，最大为1500N，最小为 -1500N ，计算变化载荷作用下梁的开裂，

6、以验证 CivilFEM开裂计算可以考虑这种交变载荷情况。计算没有考虑混凝土抗拉强度，并进行静力分析。图 5 为载荷达到1500N 时固端截面混凝土部分的正应力，红色区域即为开裂区。图6 为相应的钢筋正应力。混凝土不抗拉，受压区混凝土最大压应力为 -0.74MPa，受压钢筋应力为-3.60MPa，受拉钢筋应力为15.27MPa， 拉裂区应力全部由钢筋承担。图 7 为载荷达到 -1500N 时固端截面混凝土部分的正应力，图8 为相应的钢筋正应力。受 压区 混凝土 最大 压应力 为 -0.81MPa ，受压 钢筋 应力 为 -3.41MPa， 受拉 钢筋 应力为22.40MPa， 拉裂区应力全部由

7、钢筋承担。图 2 截面定义图 3 有限元模型图 4 可变载荷图 5 固端混凝土正应力（载荷：1500N）图 6 固端钢筋正应力（载荷：1500N）图 7 固端混凝土正应力（载荷：-1500N）图 8 固端钢筋正应力（载荷：-1500N）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - 从计算结果来看，载荷为1500N 时，梁下部拉裂，载荷为-1500N 时，梁上部拉裂，由于上部配筋数少于下部，所以上部拉裂时的下部混凝土压力要大于下

8、部拉裂时上部混凝土压力。且开裂后混凝土仍然具有抗压能力。这说明 CivilFEM开裂计算可以考虑交变载荷作用。图 9 为载荷 1500N 时开裂计算得到的Y 向位移图， 梁端最大为0.0063m，图 10 为不考虑开裂的 Y 向位移图，梁端为0.0017m（不考虑开裂的命令流为static_cv.txt） ，可以看到开裂使得位移增加了很多。2.2 CivilFEM开裂动力分析计算采用的命令流为文件crack_dynamic_cv.txt ，悬臂梁载荷为图11 所示的地基加速度历程，计算时间为1 秒。图 12 为在这个动力载荷作用下梁端点的Y 向位移历程，图13 为同一模型不考虑开裂情况下梁端点的Y 向位移历程（不考虑开裂的命令流为dynamic_cv.txt ） 。计算结果非常合理， 开裂后不仅位移大幅增加， 而且由于刚度变小，导致结构的振动周期延长。图 9 考虑开裂位移（载荷：1500N）图 10 不考虑开裂位移（载荷：1500N）图 11 加速度历程图 12 梁端位移历程（考虑开裂）图 13 梁端位移历程（不考虑开裂）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -