用ANSYS建立钢筋混凝土梁模型
用ANSYS分析钢筋混凝土梁的应力
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广东科技
ＧＵＡＮＧＤＯＮＧＫＥＪＩ
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科技 ・ 企业 ・ 管理
/(3 梁的 # 方向应力
/;3 梁的 $% 平面剪力
/03 梁的 $ 方向应力
/,3 梁的 % 方向应力
沿梁高度 四条边进行划分， 沿梁宽度方向分为 I 等份， 方向分为 F! 等份。在 ;$%=$5>%<<5$3/%<@S556 定为映射网格， 单元为四边形单元， 划分后的截面如图
. 所示。
在 ;$%=$5>%<<5$ 23/5-%601P 23T=%$&+% 2 3)*+$,-%
#G4W4 软
件计算值
算例 "、
图 ! 是一个简支混凝土梁模型。梁截面 ?! 梁长 8ADBBBCC 。 设混凝土的弹 @A!BBCC !9BBCC ， 性模量为 .EB !FB 9GHCC !， 梁的跨中有一向下的集中荷 载 FBBBBG 。比较经典材料力 学 方 法 与 有 限 元 方 法 计 算的结构跨中挠度与简支梁的最大、 最小应力。 图 " 梁截面的网格划分
图 ! 梁的应力分布
从表 ! 可以看到，用 "#$%$ 与材料 力 学 公 式 计 算的简支梁 & 方向最大拉应力比较接近，但 & 向最大 压应力、 最大与最小剪应力的结果却相差较大。 以最大 压应力为例 ， 考 察 图 ’( 可 以 发 现 ， 最大压应力发生在 集中荷载作用的附近区域，该区域由于应力集中导致 了最大压应力的产生。而采用材料力学计算公式计算 的应力值则不能反映出这种应力集中的存在。 同样， 最 大与最小剪应力也是发生在集中荷载的附近。从表 ! 还可以看到， 两种方法计算的最大挠度非常接近， 证明 了 "#$%$ 中 采 用 $)*+,-’ 模 拟 混 凝 土 单 元 计 算 是 适 当的。 另外， 采 用 "#$%$ 还 可 以 得 到 简 支 梁 . 方 向 /图 或者是第一主应力与 ’0 1与 2 方向 /图 ’, 3的应力分布，
ANSYS梁壳模型的建立
梁壳建模
09:34:02
DesignModeler
梁壳模型的建立
可以自定义梁截面
2
创建线体
– 由点生成线(Lines From Points): – 由草图生成线(Lines From Sketches):
– 由边生成线(Lines From Edges):
3
创建线体…
– 注意：对此设置, DesignModeler同样以Centroid方式画体 的边. 但分析时采用shear center.
• Origin: 截面不进行偏移，而是准确地按照它在自己 的草图中的位置放置.
16
截面偏移…
Origin 偏移 ( 没有偏移)
线体
显示截面的线体
质心/剪切中心 偏 移
17
线体 (无 截面)
在面的交界处上得到的连续有限元网格
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由线生成面
– 由线生成面(Surfaces From Lines ) :
• • • • 允许在DM中创建表面体，将线体的边作为边界. 选中的线体的边应为一个不相交的封闭环. 每一个封闭环将产生一包含单独的面的冻结的表面体. 封闭环应该形成如下的形状，这些简单的表面能够嵌 入到模型:
– 平面、圆柱、圆环、锥形、球形 – 也能够创建简单的扭曲表面.
+Y
Edge Tangent
15
截面偏移
• 截面偏移(Cross Section Offset):
– 在把截面赋给线体后, Detail property允许用户 设置该截面的偏移类型:
• Centroid: 以截面的质心为中心 (默认类型). • Shear Center: 以截面的剪切中心为中心.
ANSYS--理论基础(混凝土及钢筋单元)
ANSYS 理论基础一、钢筋混凝土模型1、Solid65单元——模拟混凝土和岩石等抗压能力远大于抗拉能力的非均匀材料开发的单元，可以模拟混凝土中的加强钢筋（或玻璃纤维、型钢等）；普通8节点三维等参元，增加针对混凝土材料参数和整体式钢筋模型；基本属性：——可以定义3种不同的加固材料；——混凝土具有开裂、压碎、塑性变形和蠕变的能力;—-加强材料只能受拉压,不能承受剪切力。
三种模型：分离式模型——把混凝土和钢筋作为不同的单元来处理，各自划分单元,或钢筋视为线单元（杆件link－spar8或管件pipe16,20）；钢筋和混凝土之间可以插入粘结单元来模拟界面的粘结和滑移；整体式模型——将钢筋分布于整个单元中，假定混凝土和钢筋粘结很好,并把单元视为连续均匀材料；组合式模型—-分层组合式：在横截面上分成许多混凝土层和若干钢筋层，并对截面的应变作出某些假设（如应变沿截面高度为直线）；或采用带钢筋膜的等参单元。
2、本构模型线性弹性、非线性弹性、弹塑性等；强度理论——Tresca、V on Mises、Druck —Prager等；3、破坏准则单轴破坏（Hongnested等）、双轴破坏（修正的莫尔库仑等）、三轴破坏（最大剪应力、Druck—Prager等），三参数、五参数模型；混凝土开裂前，采用Druck—Prager屈服面模型模拟塑性行为；开裂失效准则,采用William-Warnke五参数强度模型.4、基本数据输入混凝土：ShrCf-Op—张开裂缝的剪切传递系数,0~1ShrCf—Ol—闭合裂缝的剪切传递系数，0。
9～1UnTensSt—抗拉强度，UnCompSt—单轴抗压强度,（若取-1，则以下不必要）BiCompSt—双轴抗压强度，HydroPrs—静水压力,BiCompSt—静水压力下的双轴抗压强度，UnCompSt-静水压力下的单轴抗压强度,TenCrFac—拉应力衰减因子。
加固材料（材料号、体积率、方向角）二、其他材料模型在Ansys中，可在Help菜单中查阅各种不同单元的特性.例1、矩形截面钢筋混凝土板在中心点处作用－2mm的位移,分析板的受力、变形、开裂（采用整体模型分析法).材料性能如下:1、混凝土弹性模量E=24GPa，泊松比ν=0。
ANSYS在钢筋混凝土梁热分析中的应用
ANSYS在钢筋混凝土梁热分析中的应用【摘要】在火灾荷载的条件下，钢筋混凝土构件内部的温度场分布，对火灾后的构件能否继续使用，具有重要的作用。
ANSYS作为大型有限元软件，在有限元分析中得到了普遍的应用.本文首先从混凝土梁截面热分析入手，然后进行混凝土构件梁整体热分析，从而比较两者在热分析中的误差，从而得出ANSYS 在热分析中方法及思路。
【关键词】ANSYS；热分析；钢筋混凝土梁Reinforced concreted beam in the application of thermal analysis with ANSYS【Abstract】With the fire load conditions, the inside temperature field distribution of concrete beam has an important role on the components. As large-scale finite element software, the finite element analysis has gained widespread application. Comparing the thermal analysis of concrete beam section with the overall thermal analysis of concrete beams, and then draw the differences and similarities, which take thermal analysis in ANSYS in the methods and ideas.【Key words】ANSYS;Thermal analysis;Reinforced concrete beam1. 前言组成钢筋混凝土梁构件的材料，在火灾荷载作用下，其热工性能和力学性能会产生明显的变化，变形也会明显增大，由于构件在受火时，体积膨胀、截面温度不均匀分布，都会使截面产生自平衡的温度应力和构件弯曲变形［1］。
钢筋混凝土有限元分析
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。
ANSYS,ADINA在钢筋混凝土结构非线性分析中的应用与算例分析
表1跨中截面的应变和应力计算 结果对比
结论与展望
结论与展望
通过以上分析和算例对比，我们可以得出以下结论：ANSYS和ADINA在钢筋混 凝土结构非线性分析中均具有较高的准确性和可靠性，二者的计算结果非常接近。 这些软件提供了丰富的建模功能、强大的求解器和灵活的材料本构模型选择，使 得它们能够广泛应用于各种复杂的钢筋混凝土结构非线性分析问题中。
ANSYS和ADINA在钢筋混凝土结构非线性分析中的应用步骤和常见问题
钢筋混凝土结构非线性分析基本原理和方法
ANSYS和ADINA都是广泛用于工程模拟的有限元软件，它们在钢筋混凝土结构 非线性分析中具有相似的应用步骤。具体而言，可以分为以下几个步骤：
钢筋混凝土结构非线性分析基本原理和方法
1、建立模型：根据实际结构，建立相应的计算模型，包括几何形状、材料属 性、边界条件等。
谢谢观看
ANSYS,ADINA在钢筋混凝土结构 非线性分析中的应用与算例分
析
目录
01 引言
03 表1跨中截面的应变 和应力计算结果对比
02 算例分析 04 结论与展望 Nhomakorabea 内容摘要
ANSYS和ADINA在钢筋混凝土结构非线性分析中的应用与算例分析
引言
引言
钢筋混凝土结构非线性分析在工程实践中具有重要意义，它能够帮助工程师 们更准确地预测结构的性能和行为。在众多非线性分析软件中，ANSYS和ADINA是 最常用的两个工具。本次演示将介绍这两个软件在钢筋混凝土结构非线性分析中 的应用原理、方法和算例，并对其优势和不足进行分析，以期为工程师们提供有 益的参考。
ansys教程——梁
– 或 使用SFBEAM 命令
– 重力或离心力 • 作用在整个结构上
January 30, 2001 Inventory #001443 5-17
梁
... 加载, 求解，结果
• 获取解答:
– 先保存数据库文件.
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 2
梁
C. 加载, 求解， 结果
• 梁的典型加载包括:
– 位移约束
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 2
• 施加在节点或关键点上
– 力 • 施加在节点或关键点上 – 压力 • 施加在单位长度上 • 施加在单元表面上 • Solution > Apply > Pressures > On Beams
梁
B. 梁网格划分
• 用梁单元对几何模型做网格划分包括三个主要步骤:
– 指定线的属性
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 2
– 指定线分隔
– 划分网格
•
MeshTool 提供了上述三个步骤的便利操作
January 30, 2001 Inventory #001443 5-9
横截面 • 对 BEAM188 和 189单元的完整定义包括对横 截面属性的定义。 • BeamTool提供了方便的操作.
– Preprocessor > Sections > Common Sectns...
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 2
ANSYS桥梁建模经验1
2.从横截面来看，一般单箱室连续刚构桥具有外轮廓的几何拓扑，因此将其作为截面的拓扑。对于和其拓扑一致或者可以调整为该拓扑结构的连续刚构都能分析。对于箱内倒角为双折线的连续刚构只能近似模拟。具体建模时，我们只需输入外轮廓尺寸，截面纵向位置，APDL命令流即可自动计算其他关键点位置，用循环语句生成实体模型。
442钢筋与混凝土的连接如果采用线单元初应力法模拟预应力有限元模型中钢筋和混凝土的连接主要分为三种即分离式整体式和组合式4252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被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的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
3.对于每一根预应力束，定义张拉端为局部坐标原点，通过指定导线点局部坐标，和局部坐标在整体坐标中的位置进行定位。对于双向张拉的预应力束将其分为两根来建模，分割点位于0.5L处（L预应力束总长）。这样做看上去繁琐，但却解决了所有预应力束都可以通过一个宏命令完成预应力束损失的计算，单元的生成，初应变的赋值功能，没有任何局限性，为参数化建模提供了保证。参数的输入只有各导线点局部坐标，局部坐标在整体坐标中坐标，张拉控制力，波纹管类型等计算损失的参数。
1）输入参量： ； ； ； ；
2）计算建模控制点参量 ： ；
3）计算上层配筋层纵向配筋率 ：
4）返回计算数值 和 进行建模和单元属性赋值。
图4-1配筋率计算示意图
Fig.4-1Schematic plan of ratio of reinforcement calculation
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用ANSYS 建立钢筋混凝土梁模型问题描述：钢筋混凝土梁在受到中间位移荷载的条件下的变形以及个组成部分的应力情况。
一、用合并节点的方法模拟钢筋混凝土梁1．用solid65号单元以及beam188单元时材料特性钢材的应力应变关系混凝土的弹性模量采用线弹性B=150mmH=300mm图1钢筋混凝土结构尺寸图建立钢筋线对钢筋线划分网格后形成钢筋单元建立混凝土单元合并单元节点后施加约束以及位移载荷进入求解器进行求解钢筋单元的受力云图混凝土的应力云图混凝土开裂2使用单元solid45号单元与beam188 钢筋的应力应变关系不变，而混凝土应力应变关系为：混凝土单元钢筋单元力与位移曲线合并节点时的命令流:fini/clear,nostart/config,nres,5000/prep7/title,rc-beamb=150h=300a=30l=2000fcu=40ec=2.85e4displacement=10!定义单元类型et,1,solid45et,2,beam188et,3,plane42!定义截面类型sectype,1,beam,csolid,,0 secoffset,centsecdata,8,0,0,0,0,0,0,0,0,0 sectype,2,beam,csolid,,0 secoffset,centsecdata,4,0,0,0,0,0,0,0,0,0!定义材料属性，混凝土材料属性mp,ex,1,ecmp,prxy,1,0.2tb,kinh,1,,16tbpt,,0.000179067,5.10tbpt,,0.000358133,9.67tbpt,,0.0005372,1.37e1tbpt,,0.000716267,1.72e1 tbpt,,0.000895333,2.01e1 tbpt,,0.0010744,2.26e1tbpt,,0.001253467,2.44e1 tbpt,,0.001432533,2.58e1 tbpt,,0.0016116,2.66e1tbpt,,0.001790667,2.69e1 tbpt,,0.0019916,2.65e1tbpt,,0.002393467,2.57e1 tbpt,,0.002795333,2.48e1 tbpt,,0.0031972,2.40e1 tbpt,,0.003599067,2.32e1 tbpt,,0.0038,2.28e1tb,conc,1,1,9tbdata,,0.4,1,3,-1!纵向受拉钢筋mp,ex,2,2e5mp,prxy,2,0.3tb,bkin,2,1,2,1tbdata,,350!横向箍筋，受压钢筋材料属性mp,ex,3,2e5mp,prxy,3,0.25tb,bkin,3,1,2,1tbdata,,200!生成钢筋线k,,k,,bkgen,2,1,2,,,hk,,a,ak,,b-a,akgen,2,5,6,,,h-2*akgen,21,5,8,,,,-100*do,i,5,84,1l,i,i+4*enddo*do,i,5,85,4l,i,i+1l,i,i+2*enddo*do,i,8,88,4l,i,i-1l,i,i-2*enddo!受拉钢筋lsel,s,loc,y,alsel,r,loc,x,alsel,a,loc,x,b-alsel,r,loc,y,acm,longitudinal,linetype,2mat,2secnum,1lesize,all,50lmesh,allallscmsel,u,longitudinalcm,hoopingreinforcement,line!箍筋，受压钢筋type,2mat,2secnum,2lesize,all,50lmesh,all/eshape,1!将钢筋节点建为一个集合cm,steel,node!生成面单元，以便拉伸成体单元a,1,2,4,3lsel,s,loc,y,0lsel,a,loc,y,hlesize,all,,,8lsel,alllsel,s,loc,x,0lsel,a,loc,x,blesize,all,,,10type,3amesh,all!拉伸成混凝土单元type,1real,3mat,1extopt,esize,20extopt,aclear,1vext,all,,,,,-lalls!合并节点nummrg,allnumcmp,all!边界条件约束nsel,s,loc,y,0nsel,r,loc,z,0d,all,uyd,all,uxnsel,s,loc,y,0nsel,r,loc,z,-l d,all,uyd,all,ux!施加外部荷载/solunsel,allnsel,s,loc,y,hnsel,r,loc,z,-1000d,all,uy,-displacementalls!求解nlgeom,onnsubst,50outres,all,allneqit,50pred,oncnvtol,f,,0.05,2,0.5allselsolvefinish/post1allsel/device,vector,1!时间历程后处理/post26nsel,s,loc,z,-l/2*get,Nmin,node,0,num,min nsol,2,nmin,u,yprod,3,2,,,,,,-1nsel,s,loc,y,0nsel,r,loc,z,0*get,Nnum,node,0,count *get,Nmin,node,0,num,min n0=Nminrforce,5,Nmin,f,y*do,i,2,ndinqr(1,13)ni=ndnext(n0)rforce,6,ni,f,yadd,5,5,6n0=ni*enddoprod,7,5,,,,,,1/1000/axlab,x,uy/axlab,y,p(kn)xvar,3plvar,7二、用约束方程法模拟钢筋混凝土梁1．用solid65号单元以及beam188单元时混凝土以及钢筋采用线弹性关系：建立钢筋线对钢筋线划分网格后形成钢筋单元建立混凝土单元对钢筋线节点以及混凝土节点之间建立约束方程后施加约束以及位移载荷进入求解器进行求解；钢筋单元的受力云图混凝土的应力云图混凝土开裂2使用单元solid45号单元与beam188 使用混凝土的本构关系曲线钢材的本构关系曲线钢筋的von mises应力混凝土的应力用在solid45号单元下，用合并节点法、约束方程法建立模中钢筋与混凝土之间的关系的时候的一个力与位移全程曲线的比较。
约束方程法命令流:fini/clear,nostart/config,nres,5000/prep7/title,rc-beamb=150h=300a=30l=2000fcu=40ec=2.85e4displacement=5!定义单元类型et,1,solid65et,2,beam188et,3,plane42!定义截面类型sectype,1,beam,csolid,,0 secoffset,centsecdata,8,0,0,0,0,0,0,0,0,0 sectype,2,beam,csolid,,0 secoffset,centsecdata,4,0,0,0,0,0,0,0,0,0!定义材料属性，混凝土材料属性mp,ex,1,ecmp,prxy,1,0.2tb,kinh,1,,16tbpt,,0.000179067,5.10tbpt,,0.000358133,9.67tbpt,,0.0005372,1.37e1tbpt,,0.000716267,1.72e1 tbpt,,0.000895333,2.01e1 tbpt,,0.0010744,2.26e1tbpt,,0.001253467,2.44e1 tbpt,,0.001432533,2.58e1 tbpt,,0.0016116,2.66e1tbpt,,0.001790667,2.69e1 tbpt,,0.0019916,2.65e1tbpt,,0.002393467,2.57e1 tbpt,,0.002795333,2.48e1 tbpt,,0.0031972,2.40e1 tbpt,,0.003599067,2.32e1 tbpt,,0.0038,2.28e1!tb,conc,1,1,9!tbdata,,0.4,1,3,-1!纵向受拉钢筋mp,ex,2,2e5mp,prxy,2,0.3tb,bkin,2,1,2,1tbdata,,350!横向箍筋，受压钢筋材料属性mp,ex,3,2e5mp,prxy,3,0.25tb,bkin,3,1,2,1tbdata,,200!生成钢筋线k,,k,,bkgen,2,1,2,,,hk,,a,ak,,b-a,akgen,2,5,6,,,h-2*akgen,21,5,8,,,,-100*do,i,5,84,1l,i,i+4*enddo*do,i,9,81,4l,i,i+1l,i,i+2*enddo*do,i,12,84,4l,i,i-1l,i,i-2*enddo!受拉钢筋lsel,s,loc,y,alsel,r,loc,x,alsel,a,loc,x,b-alsel,r,loc,y,acm,longitudinal,linetype,2mat,2secnum,1lesize,all,50lmesh,allallscmsel,u,longitudinalcm,hoopingreinforcement,line!箍筋，受压钢筋type,2mat,2secnum,2lesize,all,50lmesh,all/eshape,1!将钢筋节点建为一个集合cm,steel,node!生成面单元，以便拉伸成体单元a,1,2,4,3lsel,s,loc,y,0lsel,a,loc,y,hlesize,all,,,10lsel,alllsel,s,loc,x,0lsel,a,loc,x,blesize,all,,,20type,3amesh,all!拉伸成混凝土单元type,1real,3mat,1extopt,esize,30extopt,aclear,1vext,all,,,,,-lalls!建立约束方程cmsel,s,hooping reinforcement cmsel,a,longitudinalnsll,s,1ceintf,,ux,uy,uzallsel,all!边界条件约束nsel,s,loc,y,0nsel,r,loc,z,0d,all,uy d,all,uxnsel,s,loc,y,0nsel,r,loc,z,-ld,all,uyd,all,ux!施加外部荷载/solunsel,allnsel,s,loc,y,hnsel,r,loc,z,-1000d,all,uy,-displacementalls!求解nlgeom,onnsubst,200outres,all,allneqit,100pred,oncnvtol,f,,0.05,2,0.5allselsolvefinish/post1allselplcrack,0,1plcrack,0,2!时间历程后处理/post26nsel,s,loc,z,-l/2*get,Nmin,node,0,num,min nsol,2,nmin,u,yprod,3,2,,,,,,-1nsel,s,loc,y,0nsel,r,loc,z,0*get,Nnum,node,0,count *get,Nmin,node,0,num,min n0=Nminrforce,5,Nmin,f,y*do,i,2,ndinqr(1,13)ni=ndnext(n0)rforce,6,ni,f,yadd,5,5,6n0=ni*enddoprod,7,5,,,,,,1/1000 /axlab,x,uy/axlab,y,p(kn) xvar,3 plvar,7。