(完整版)ansys钢筋混凝土梁的建模方法约束方程法
用Ansys或Abaqus分析钢管混凝土结构或构件
用Ansys或Abaqus分析钢管混凝土结构或构件以上两个软件国外都有人用来分析钢管混凝土结构，但建模的方法不尽相同。
关键在于钢管和混凝土本构关系的选取以及两者之间的界面处理方法，各位有没有这方面的经验能向我们大家介绍一下。
==========程序中大概只有Drucker-Prager比较适合描述受约束混凝土的本构关系，因为这个模型可以考虑 hydrostatic stress （流体静应力）的影响。
在程序中，需要输入cohesion, angle of internal friction，(one more for ANSYS is the angle of dilatancy)。
值得注意的是，两个软件确定这几个参数的公式各不相同，很是令人头疼。
其实user manuals不可能给出明确的表达式，因为到目前为止，好像没有研究把钢管的强度，混凝土的强度，含钢率等等因素（i.e. the confinement）全部在Drucker-Prager 中考虑进去。
至于两种材料的界面，日本的 Hanbin Ge曾用link element来模拟，但在他的文章中，没有详细的描述。
轴压状况下，好像可以忽略滑移。
偏压可能情况有所不同。
==========韩教授书上的混凝土应力-应变关系，可以简单理解为单向受力的混凝土本构关系（考虑了钢管的约束），因此不能用于多向应力状态下混凝土的有限元分析。
材料非线性有限元分析，需要定义材料的屈服面，流动准则，强化准则，等等。
对受约束的混凝土，还要考虑体积膨胀，钢管对它的约束等因素。
显然，不是一个简单的应力-应变曲线所能概括的。
==========三向有限元分析，需要定义屈服面、流动准则和强化准则等等，而考虑钢管约束的混凝土本构关系，只是应力-应变关系。
对钢管混凝土的有限元分析，主要困难是如何定义屈服面，和模拟两个材料之间的滑移，我曾经用过接触分析（contact analysis）来求轴压构件的承载力，发现最大承载力能够比较精确地求得，但是精确的荷载-位移曲线很难获得，因为商用软件（Ansys\Marc）里面的D-P模型是塑性模型。
ANSYS 钢筋混凝土建模
ANSYS 钢筋混凝土建模一、简介钢筋混凝土有限元建模的方法与结果评价（前后处理），是对钢筋混凝土结构进行数值模拟的重要步骤，能否把握模型的可行性、合理性，如何从计算结果中寻找规律，是有限元理论应用于实际工程的关键一环。
Blackeage以自己做过的一组钢筋混凝土暗支撑剪力墙的数值模拟为例，从若干方面提出一些经验与建议。
希望大家一起讨论、批评指正(******************.cn)。
程序：ANSYS单元：SOLID65、BEAM188建模方式：分离暗支撑剪力墙结构由北京工业大学曹万林所提出，简言之就是一种在普通钢筋配筋情况下，加配斜向钢筋的剪力墙结构。
二、单元选择以前经常采用的钢筋混凝土建模方法是通过SOLID65模拟混凝土，通过SOLID65的实常数指定钢筋配筋率，后来发现这种整体式的模型并不理想，而且将钢筋周围的SOLID65单元选择出来，再换算一个等效的配筋率，工作量也并不小。
最关键的是采用整体式模型之后，得不出什么有意义的结论，弄一个荷载-位移曲线出来又和实验值差距比较大。
只有计算的开裂荷载与实验还算是比较接近，但这个手算也算得出来的东西费劲去装模作样的建个模型又有什么意义？所以，这次我尝试采用分离式的模型，钢筋与混凝土单元分别建模，采用节点共享的方式。
建模时发现，只要充分、灵活地运用APDL的技巧，处理好钢筋与混凝土单元节点的位置，效率还是很高的。
暗支撑剪力墙数值模型看过很多的资料，分离式模型是用LINK8与SOLID65的组合方式，这样做到是非常直观，因为LINK8是spar类型的单元，每个节点有3个自由度，这与SOLID65单元单节点自由度数量是一致的。
但是问题也就由此产生，当周围的混凝土开裂或是压碎时，SOLID65将不能对LINK8的节点提供足够地约束（如下图箭头方向），从而导致总刚矩阵小主元地出现影响计算精度，或者干脆形成瞬变体系导致计算提前发散。
LINK8+SOLID65的问题如果采用梁单元模拟暗钢筋，就算包裹钢筋的混凝土破坏了，钢筋单元本身仍可对连接点提供一定的侧向刚度（其实钢筋本身就是有一定抗弯刚度的），保证计算进行下去。
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。
ANSYS分析钢筋混凝土结构技巧及实例详解
0 前言利用ANSYS分析钢筋混凝土结构时，其有限元模型主要有分离式和整体式两种模型。
这里结合钢筋混凝土材料的工作特性，从模型建立到非线性计算再到结果分析的全过程讲述了利用ANSYS进行钢筋混凝土结构分析的方法与技巧，并以钢筋混凝土简支梁为例，采用分离式有限元模型，说明其具体应用。
1 单元选取与材料性质1. 1 混凝土单元ANSYS中提供了上百种计算单元类型,其中Solid65单元是专门用于模拟混凝土材料的三维实体单元。
该单元是八节点六面体单元,每个节点具有三个方向的自由度( UX , UY , UZ) 。
在普通八节点线弹性单元Solid45 的基础上,该单元增加了针对于混凝土的材性参数和组合式钢筋模型,可以综合考虑包括塑性和徐变引起的材料非线性、大位移引起的几何非线性、混凝土开裂和压碎引起的非线性等多种混凝土的材料特性。
使用Solid65 单元时,一般需要为其提供如下数据:1)、实常数(Real Constants) :定义弥散在混凝土中的最多三种钢筋的材料属性,配筋率和配筋角度。
对于墙板等配筋较密集且均匀的构件,一般使用这种整体式钢筋混凝土模型。
如果采用分离式配筋,那么此处则不需要填写钢筋实常数。
2)、材料模型(Material Model) :在输入钢筋和混凝土的非线性材料属性之前,首先必须定义钢筋和混凝土材料在线弹性阶段分析所需的基本材料信息,如:弹性模量,泊松比和密度。
3)、数据表(Data Table) :利用数据表进一步定义钢筋和混凝土的本构关系。
对于钢筋材料,一般只需要给定一个应力应变关系的数据表就可以了,譬如双折线等强硬化(bilinear isotropic hardening)或随动硬化模型( kinematic hardening plasticity)等。
而对于混凝土模型,除需要定义混凝土的本构关系外,还需要定义混凝土材料的破坏准则。
在ANSYS中,常用于定义混凝土本构关系的模型有:1)多线性等效强化模型(Multilinear isotropic hardening plas2ticity ,MISO模型)，MISO模型可包括20条不同温度曲线，每条曲线可以有最多100个不同的应力-应变点;2)多线性随动强化模型(Multilinear kinematic hardening plas2ticity ,MKIN 模型)，MKIN 模型最多允许5个应力-应变数据点;3)Drucker2Prager plasticity(DP)模型。
ANSYS应用实例：钢筋混凝土简支梁数值模拟
（ii ）纵向钢筋：PIPE20 （iii ）横向箍筋：PIPE202.2 材料性质（i ）、混凝土材料表5-4 混凝土材料的输入参数一览表[16~19]·单轴受压应力-应变曲线（εσ-曲线）在ANSYS ○R程序分析中，需要给出混凝土单轴受压下的应力应变曲线。
在本算例中，混凝土单轴受压下的应力应变采用Sargin 和Saenz 模型[17,18]：221⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=c c s c c E E E εεεεεσ （5-30）式中取4'4')108.0028.1(c c c f f -=ε；断面图配筋图断面图配筋图断面图配筋图RCBEAM-01 RCBEAM-02 RCBEAM-03图5-12 各梁FEM模型断面图（a）单元网格图（b）钢筋单元划分图图5-13 算例（一）的FEM模型图2.4 模型求解在ANSYS○R程序中，对于非线性分析，求解步的设置很关键，对计算是否收敛关系很大，对于混凝土非线性有限元分析，在计算时间容许的情况下，较多的求解子步（Substeps）或较小的荷载步和一个非常大的最大子步数更容易导致收敛[2]。
在本算例中，设置了100个子步。
最终本算例收敛成功，在CPU为P41.6G、内存为256MB的微机上计算，耗时约为8小时。
2.5 计算结果及分析2.5.1 荷载—位移曲线图5-14为ANSYS○R程序所得到的各梁的荷载-跨中挠度曲线，从图中可以看出：（i）、梁RCBEAM-01：曲线形状能基本反映钢筋混凝土适筋梁剪切破坏的受力特点，而且荷载-跨中挠度曲线与钢筋混凝土梁的弯剪破坏形态非常类似，即当跨中弯矩最大截面的纵筋屈服后，由于裂缝的开展，压区混凝土的面积逐渐减小，在荷载几乎不增加的情况下，压区混凝土所受的正应力和剪应力还在不断增加，当应力达到混凝土强度极限时，剪切破坏发生，荷载突然降低。
（ii）、梁RCBEAM-02：荷载-跨中挠度曲线与超筋梁的试验荷载-跨中挠度曲线很相似，在荷载达到极限情况下，没有出现屈服平台，而是突然跌落。
用ANSYS建立钢筋混凝土梁模型
用ANSYS1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。
P=5mm位移L=2000mm图1钢筋混凝土结构尺寸图一、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TEMP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.4Q2F-0375.269 150,536 225.806 301 . 075 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WK.355713 5.067 11.37S3,11119.644EPS3钢筋单元 力与位移曲线 .13257E弓・51611-0^^9uOS31^-652Q B 2L7 25-7S4~H ・ 793・0190363E a 9Q715&•号E 】 233.34311.113194 ・453272 ・227350p(kn)g105uy、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WFOR.NMQMBFOR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MN011905 77.787 155.562 233.337 311.11238.899 116.675 194.45 272,225 350 混凝土的应力云图,1472166,969 13,79 20.612 27.43310.379 17 ・201 24 ・ DEE30.844混凝土开裂*11111112使用单元solid45号单元与beam188使用混凝土的本构关系曲线1255 7 9钢材的本构关系曲线钢筋的von mises应力.116491 77+86830.992155,62116.744 1.94,496233+372 311+124272-246 350混凝土的应力.1287895,695 11,662 17.429 23.195 3-012 B.779 14.545 20*312 26.079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。
ANSYS应用实例：钢筋混凝土简支梁数值模拟-推荐下载
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术通关，1系电过，力管根保线据护敷生高设产中技工资术艺料0不高试仅中卷可资配以料置解试技决卷术吊要是顶求指层，机配对组置电在不气进规设行范备继高进电中行保资空护料载高试与中卷带资问负料题荷试2下卷2，高总而中体且资配可料置保试时障卷，各调需类控要管试在路验最习；大题对限到设度位备内。进来在行确管调保路整机敷使组设其高过在中程正资1常料中工试，况卷要下安加与全强过，看度并22工且22作尽22下可22都能22可地护以缩1关正小于常故管工障路作高高；中中对资资于料料继试试电卷卷保破连护坏接进范管行围口整，处核或理对者高定对中值某资，些料审异试核常卷与高弯校中扁对资度图料固纸试定，卷盒编工位写况置复进.杂行保设自护备动层与处防装理腐置，跨高尤接中其地资要线料避弯试免曲卷错半调误径试高标方中高案资等，料，编试要5写、卷求重电保技要气护术设设装交备备置底4高调、动。中试电作管资高气，线料中课并敷3试资件且、设卷料中拒管技试试调绝路术验卷试动敷中方技作设包案术，技含以来术线及避槽系免、统不管启必架动要等方高多案中项；资方对料式整试，套卷为启突解动然决过停高程机中中。语高因文中此电资，气料电课试力件卷高中电中管气资壁设料薄备试、进卷接行保口调护不试装严工置等作调问并试题且技，进术合行，理过要利关求用运电管行力线高保敷中护设资装技料置术试做。卷到线技准缆术确敷指灵设导活原。。则对对：于于在调差分试动线过保盒程护处中装，高置当中高不资中同料资电试料压卷试回技卷路术调交问试叉题技时，术，作是应为指采调发用试电金人机属员一隔，变板需压进要器行在组隔事在开前发处掌生理握内；图部同纸故一资障线料时槽、，内设需，备要强制进电造行回厂外路家部须出电同具源时高高切中中断资资习料料题试试电卷卷源试切，验除线报从缆告而敷与采设相用完关高毕技中，术资要资料进料试行，卷检并主查且要和了保检解护测现装处场置理设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
手把手教你学ansys--钢筋混凝土梁
⼿把⼿教你学ansys--钢筋混凝⼟梁⼤家好，我是⽔哥。
⽔哥ansys使⽤经验三年多，既做过重⼤科研项⽬，也做过许多实际项⽬，对ansys的使⽤有⼀定的⼼得体会，本着分享经验的精神，今⽇以⼀个钢筋混凝⼟梁的建模求解过程来简单说明ansys的基本操作步骤。
（我的ansys14.0）总的说来，⽆论⼩项⽬还是⼤项⽬，总体过程⽆⾮定义单元、定义材料、物理模型、有限元模型、加载、约束、求解、查看这⼏个过程，和我们⼯程类的设计软件例如PKPM、SAP2000等基本过程都差不多，只不过最⼤的区别在于ansys的建模实在是蛋疼了⼀些。
废话不多说，以下⾯的⼀根悬臂钢筋混凝⼟梁来教新⼿如何快速进⼊ansys 的⼤堂，每⼀步都有GUI操作，完了之后会有相应部分的命令流，这⾥多说⼀句，⼀个ansys的使⽤⾼⼿必然是⼀个精通apdl编程的能⼿，所以我建议新⼿在学习的时候最好以apdl⼊⼿，GUI操作辅助，这样在学习的时候能节省⼤量时间，⽽不会浪费在GUI毫⽆意义的重复操作上。
此题如下：悬臂梁如下，梁宽200mm，梁顶有两根直径为16的钢筋，钢筋中⼼距梁边的距离为40mm，在梁端附近受集中⼒P=100KN的作⽤.要求对此悬臂梁进⾏完全线弹性分析，结果要显⽰主应⼒迹线。
材料参数：混凝⼟弹性模量为3000MPa,钢筋的弹性模量取200GPa，不考虑材料⾃重。
（建模时注意单位的协调性）⼀、题⽬解读与材料单元定义注意此题要求进⾏完全线弹性分析，此话的意义在于我们可以⽤除solid65 以外的其他实体单元。
在ansys单元中，solid65是专门⽤于模拟钢筋混凝⼟构件的单元，但⽤此单元模拟时，⼀般是需要考虑材料的⾮线性，也即是多⽤于构件的⾮线性分析，并且需要材料的本构模型。
此题要求我们做弹性分析，我们可以⽤link8单元模拟钢筋，⽤solid45单元模拟混凝⼟，注意⾼版本的ansys已经将许多低阶单元合并掉了，以ansys14为例，在link单元中只有180，⽽低阶的link8、link10等已被合并。
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用约束方程法模拟钢筋混凝土梁结构问题描述
建立钢筋线
对钢筋线划分网格后形成钢筋单元
b
h
P 位移载荷
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
fini
/clear,nostart
/config,nres,5000
/filname,yue su fang cheng 5 jia mi hun nin tu /prep7
/title,rc-beam
b=150
h=300
a=30
l=2000
displacement=5
!定义单元类型
et,1,solid65
et,2,beam188
et,3,plane42
!定义截面类型
sectype,1,beam,csolid,,0
secoffset,cent
secdata,8,0,0,0,0,0,0,0,0,0
sectype,2,beam,csolid,,0
secoffset,cent
secdata,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,1,24000
mp,prxy,1,0.2
tb,conc,1,1,9
tbdata,,0.4,1,3,-1
!纵向受拉钢筋
mp,ex,2,2e5
mp,prxy,2,0.3
tb,bkin,2,1,2,1
tbdata,,350
!横向箍筋，受压钢筋材料属性mp,ex,3,2e5
mp,prxy,3,0.25
tb,bkin,3,1,2,1
tbdata,,200
!生成钢筋线
k,,
k,,b
kgen,2,1,2,,,h
k,,a,a
k,,b-a,a
kgen,2,5,6,,,h-2*a
kgen,21,5,8,,,,-100 *do,i,5,84,1
l,i,i+4
*enddo
*do,i,5,85,4
l,i,i+1
l,i,i+2
*enddo
*do,i,8,88,4
l,i,i-1
l,i,i-2
*enddo
!受拉钢筋
lsel,s,loc,y,a
lsel,r,loc,x,a
lsel,a,loc,x,b-a lsel,r,loc,y,a
cm,longitudinal,line type,2
mat,2
secnum,1 lesize,all,50
lmesh,all
alls
cmsel,u,longitudinal
cm,hooping reinforcement,line
!箍筋，受压钢筋
type,2
mat,2
secnum,2
lesize,all,50
lmesh,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,1,2,4,3
lsel,s,loc,y,0
lsel,a,loc,y,h
lesize,all,,,10
lsel,all
lsel,s,loc,x,0
lsel,a,loc,x,b
lesize,all,,,20
type,3
amesh,all
!拉伸成混凝土单元
type,1
real,3
mat,1
extopt,esize,30
extopt,aclear,1
vext,all,,,,,-l
alls
!建立约束方程
cmsel,s,hooping reinforcement cmsel,a,longitudinal
nsll,s,1
ceintf,,ux,uy,uz
allsel,all
!边界条件约束
nsel,s,loc,y,0
nsel,r,loc,z,0
d,all,uy
d,all,ux
nsel,s,loc,y,0
nsel,r,loc,z,-l
d,all,uy
d,all,ux
!施加外部荷载
/solu
nsel,all
nsel,s,loc,y,h
nsel,r,loc,z,-1000
d,all,uy,-displacement alls
!求解
nlgeom,on nsubst,200 outres,all,all neqit,100
pred,on
cnvtol,f,,0.05,2,0.5 allsel
solve
finish
/post1
allsel
plcrack,0,1
plcrack,0,2
!时间历程后处理
/post26
nsel,s,loc,z,-l/2
*get,Nmin,node,0,num,min nsol,2,nmin,u,y
prod,3,2,,,,,,-1
nsel,s,loc,y,0
nsel,r,loc,z,0
*get,Nnum,node,0,count *get,Nmin,node,0,num,min n0=Nmin
rforce,5,Nmin,f,y
*do,i,2,ndinqr(1,13)
ni=ndnext(n0)
rforce,6,ni,f,y
add,5,5,6
n0=ni
*enddo
prod,7,5,,,,,,1/1000
/axlab,x,uy
/axlab,y,p(kn) xvar,3 plvar,7。