ANSYS中简支梁的模拟计算
基于ANSYS的钢筋混凝土简支梁桥极限承载力分析研究
基于ANSYS的钢筋混凝土简支梁桥极限承载力分析研究一、本文概述随着现代工程技术的飞速发展，钢筋混凝土简支梁桥作为桥梁工程中的重要结构形式，其极限承载力分析对于确保桥梁的安全性和稳定性具有至关重要的意义。
本文旨在通过基于ANSYS的数值模拟方法，深入研究钢筋混凝土简支梁桥的极限承载力，以期为实际工程应用提供理论依据和技术支持。
本文首先介绍了钢筋混凝土简支梁桥的基本结构特点和应用现状，阐述了进行极限承载力分析的必要性。
接着，详细介绍了ANSYS 有限元分析软件在桥梁工程中的应用及其优势，为后续的研究工作奠定了理论基础。
在研究方法上，本文采用ANSYS软件建立钢筋混凝土简支梁桥的数值模型，通过施加不同的荷载工况，模拟桥梁在实际运营过程中的受力状态。
在此基础上，对桥梁的极限承载力进行分析，探究其破坏模式、应力分布及变形特征。
本文还将考虑不同因素（如材料性能、截面尺寸、配筋方式等）对桥梁极限承载力的影响，以期获得更为全面和准确的分析结果。
本文将对所得的研究结果进行总结，提出钢筋混凝土简支梁桥极限承载力分析的关键问题和改进措施，为实际工程设计和施工提供有益的参考和借鉴。
通过本文的研究，不仅能够加深对钢筋混凝土简支梁桥极限承载力的认识和理解，还能够推动桥梁工程领域的科技进步和创新发展。
二、钢筋混凝土简支梁桥的基本原理钢筋混凝土简支梁桥，作为桥梁工程中的一种基本结构形式，其基本原理主要基于材料力学和结构力学的理论。
简支梁桥是一种静定结构，其特点是梁的两端搁置在支座上，梁端无水平推力，当梁上作用有荷载时，梁内产生的弯矩和剪力仅与荷载的大小和分布有关，而与两端支承处的约束情况无关。
在钢筋混凝土简支梁桥中，混凝土主要承担压应力，而钢筋则主要承受拉应力。
这种组合使得钢筋混凝土结构既具有混凝土的高抗压强度，又具有钢筋的高抗拉强度，从而实现了优势互补，提高了结构的整体承载能力。
钢筋混凝土简支梁桥的设计还需考虑桥梁的使用功能、荷载等级、材料性能、施工工艺等因素。
正交异性板简支钢梁桥建模(algor,ansys)
现代钢桥设计与计算理论参考材料正交异性板简支梁桥空间模型计算孙秀贵孟续东陈艳秋唐毅周刚郑凯锋西南交通大学第一篇正交异性板简支钢梁桥ALGOR建模计算一、打开aglor软件和设定基本操作说明将桌面上或相应目录中的algor的图标双击打开程序。
选择新建>FEM模型，分析类型选择>线性材料模型的静应力，点击新建，如下图。
弹出“另存为”对话框，确定文件名以及文件的保存路径，最后点击保存。
二、设置单位体系在主菜单中选择工具>单位在“unit system”对话框中选择“Metric mks(SI)”；进行同样操作，更改“unit system”对话框，选择“Custom”；在“length”对话框中选择“mm”，其他对话框保持不变；点击“ok”按钮。
三、建立材料库主菜单>工具>管理材料库选择“Create New Library”,输入自定义材料库文件的保存路径和名称，单击保存按钮。
再点击确定按钮。
根据本模型需要，建立两种材料：1、钢材；2、混凝土。
右击自定义的材料库，选择“Add New Material”“Material name”对话框中输入材料名称“steel”；“Material model”对话框中选择标准；在单位体系对话框中选择米制，米千克秒（SI）；更改单位体系，为自定义，长度对话框中选择“毫米（mm）”，单击“ok”按钮。
进行上述相同操作，增加材料“concrete”自定义材料。
建立两种材料后，如下图所示：分别对新建的两种材料输入材料特性：concrete（采用C40混凝土）:质量密度(N/mm^3/g)：2.548e-9弹性模量(N/mm^2)：3.25e+4泊松比：0.2；剪切弹性模量(N/mm^2)：1..3e+4线膨胀系数：1.0e-5Steel：质量密度(N/mm^3/g)：7.85e-9弹性模量(N/mm^2)：2.06e+5泊松比：0.3；剪切弹性模量(N/mm^2)：8.1e+4线膨胀系数：1.2e-5对于自定义材料输入其相应特征值后，选择“Save Changes”按钮以保存。
ansys瞬态缩减法分析简支梁实例
瞬态缩减法分析简支梁－质量系统实例在这个实例中要用缩减法进行瞬态动力学分析以确定对有有限上升时间的恒定力的动力学响应。
问题的实际结构是一根钢梁支撑着集中质量并承受一个动态载荷。
钢梁长为，支撑着一个集中质量。
这根梁承受着一个上升时间为，最大值为的动载荷。
梁的重量可以忽略，确定产生最大位移响应时的时间及响应。
同时要确定梁中的最大弯曲应力。
求解过程中用不到梁的特性，其截面积可随意输入一个单位值。
取加载结束时间为0.1秒以使质量体达到最大弯曲。
在质量体的侧向设定一个主自由度。
第一个载荷步用于静力学求解。
可以在此模型中可以使用对称性。
选定在最大响应时间（0.092秒）处做扩展处理计算。
已知下列数据：材料特性：=30×103=0.0259067几何数据：载荷：图9钢梁支撑集中质量的几何模型§1GUI方式分析过程第 1步：指定分析标题1.选取菜单途径Utility Menu>File>Change Title。
2.输入文字“瞬态response to a constant force with a finite rise time.”单击OK。
第 2步：指定单元类型1.选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete。
Element Type对话框将出现。
2.单击Add。
Library of Element Types对话框出现。
3.在左边的滚动框中，单击“Structural Beam”。
4.在右边的滚动框中，单击“2D elastic 3”，然后单击Apply。
5.在左边的滚动框中，单击“Structural Mass”。
6.在右边的滚动框中，单击“3D mass21”，然后单击OK。
7.在Element Types对话框中，在“Type2”上单击仅一次，然后单击Options。
8.在Rotary inertia options下拉列表中，滚动到“2-D w/o rot iner”并选中它。
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。
钢筋混凝土简支梁模拟计算 ansys命令流
lsel,r,loc,y,0
dl,all,,uy
dl,all,,uz
lsel,all
lsel,s,loc,z,3பைடு நூலகம்00
lsel,r,loc,y,0
dl,all,,uy
lsel,all
ksel,s,loc,x,0
ksel,r,loc,y,0
!方法：分离式；solid65和link8
!材料：混凝土采用concr和钢筋为弹性材料，但不考虑压碎
!---------------------------------------------------
!为方便，假定钢筋置于梁底两侧.
!===================================================
lesize,all,,,20
lmesh,all
lsel,s,loc,z,0
lesize,all,,,4
vsel,all
vatt,1,1,1
mshape,0,3d
mshkey,1
vmesh,all
allsel,all
finish
/solu
!施加约束
/config,nres,2000
/prep7
!定义单元及其材料特性等
rd0=20.0 !钢筋直径
et,1,solid65
et,2,link8
mp,ex,1,33e3
mp,prxy,1,0.20
r,1
hntra=28
hntrl=2.6
tb,concr,1
/post1
pldisp,1
Ansys一个简支梁实体与预应力钢筋分析实例
Ansys一个简支梁实体与预应力钢筋分析实例一个简支梁实体与预应力钢筋分析实例/COM, Structural/PREP7egjx=2e5 !Eyagjx=140 !单根钢绞线面积ehnt=4e4 !Ehxzxs=1.0e-5 !线胀系数yjl=200000 !定义预加力et,1,link8 !定义link8单元et,2,solid95 !定义solid95单元r,1,agjx !定义link8单元的面积r,2 !定义第2种实常数mp,ex,1,egjx !定义link8单元的弹性模量mp,prxy,1,0.3 !定义link8单元的泊松系数mp,alpx,1,1.0e-5 !定义线膨胀系数mp,ex,2,ehnt !定义solid95单元的弹性模量mp,prxy,2,0.3 !定义solid95单元的泊松系数blc4, , ,100,200,3000 !定义梁体/view,1,1,1,1 !定义ISO查看/ang,1vplot !绘制梁体kwpave,6 !工作平面移动到关键点6wpoff,-30 !工作平面移动-30mm(X)wprot,0,0,90 !工作平面旋转vsbw,1 !分割梁体wpoff,0,0,-40 !工作平面移动-40mm(Z)vsbw,2 !分割梁体wpoff,0,40 !工作平面移动40mm(Y)wprot,0,90 !工作平面旋转vsbw,all !分割梁体wpstyl !关闭工作平面显示nummrg,all,,,,low !整理numcmp,all !压缩编号esize,30 !定义网分时边长控制lsel,s,,,28,38,10 !定义line28和38为新的选择集latt,1,1,1 !定义选择集的属性lmesh,all !对线划分单元allsel,all !新的选择集为所有的实体gplot !绘制所有的实体vsel,s,,,all !定义所有体为选择集vatt,2,2,2 !定义选择集的属性mshape,0,3d !将体划分单元的形状定位HEX mshkey,1 !采用MAPPED划分器vmesh,all !对体进行划分单元finish/soludl,3,,all !对线line7施加约束(UX,UY,UZ)dl,16,,all !对线line31施加约束(UX,UY,UZ)dl,23,,all !对线line23施加约束(UX,UY,UZ)dl,2,,uy !对线line4施加约束(UY)dl,15,,uy !对线line30施加约束(UY)dl,22,,uy !对线line23施加约束(UY)dk,2,,,,,ux,uy !对关键点2约束(UX,UY)bfl,28,temp,-yjl/(xzxs*egjx*agjx) !对钢绞线施加温度bfl,38,temp,-yjl/(xzxs*egjx*agjx) !对钢绞线施加温度solve !求解finish/post1plnsol,s,z,0,1 !绘制Z方向的应力etable,sigi,ls,1 !定义钢筋单元数据表plls,sigi,sigi,1 !绘制上述应力!finish!/exit,nosav。
（整理）ansys简支梁分析.
（整理）ansys简支梁分析.图b所示的矩形截面的简支梁，受到竖直向下的2q 均布载荷作用。
100mKN图b 梁受力情况及截面尺寸表1 梁的几何参数及材料参数（三）研究方法及模型的建立（包括单元的选取，边界条件的简化等）。
1.梁单元⑴建模：由于对称性，取梁的右半部分为研究对象。
①选择梁单元，设置材料常数定义梁的横截面面积、惯性矩及截面高度。
②建立2个关键点：1（0，0，0）；2（8，0，0）。
③生成直线：ANSYS Main Menu>Preprocessor>Modeling>Lines>Lines>Stright Line，依次连接关键点，点击ok即可。
④划分单元：ANSYS Main Menu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManualSize>Lines>Picked Lines，选择直线，将梁划分为80份；ANSYS Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool>Shape>Mech>pickall，完成划分。
⑤施加约束：ANSYS Main Menu>Solution>Difine Loads>Apply>Structural>Displacement>On Nodes，选取对称轴上的节点，施加x方向的约束；选取右下角的节点施加y方向约束。
⑥施加载荷：ANSYS Main Menu>Solution>Difine Loads>Apply>Pressure>On Beams>Pick All，V ALI Pressure Value at I输入100000，V ALJ Pressure Value at J输入100000，即施加了均布载荷。
建好的模型如图1.1所示。
ANSYS简支梁有限元分析与设计计算
有限元大作业计算
依据已知条件，将梁转化为平面实体模型，可得梁的面荷载等效为4000N/m，弹性模量为28E9N/㎡，泊松比为0.16，梁长8m，高1m，定义实体模型厚度为0.4m。
利用solid材料选项命令建立实体模型，添加各项材料属性，建立实体模型后，以0.1m作为单元长度进行剖分，在模型中轴线左端加上位移X和Y方向的约束，右端加上位移Y方向的约束，加上4000N/m的线荷载后进行模型求解，通过后处理器中PLOT命令导出计算应力云图（如图1所示）和位移图（如图2所示），通过query命令中的Subgrid Solu命令对下边中点处的应力值进行提取（如图3所示）。
图1 实体单元建模应力云图
图2 实体单元建模位移图
图3 实体单元建模中值点应力值
采用beam命令对进行梁单元材料定义，并输入对应参数，之后进行对应建模计算，导出计算结果，应力云图（如图4所示）、位移图（如图5所示）和中
值点应力值（如图6所示）。
图4 梁单元建模应力云图
图5 梁单元建模位移图
图6 梁单元建模中值点应力值
可知，在实体单元建模中，中点处位移为：m 410954.0-⨯，中点处应力值为：192655N/㎡；在梁单元建模中，中点处位移为：m 310227.0-⨯，中点处应力值为：457840N/㎡。
（手算结果见附页）
姓名：吴 小 超
学号：2140720060
班级：研1420班
任课教师：简 政。
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（ii ）纵向钢筋：PIPE20 （iii ）横向箍筋：PIPE20
2.2 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]
：
2
21⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=
c c s c c E E E εεεεε
σ （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-01RCBEAM-02RCBEAM-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。
极限弯矩值相对梁RCBEAM-01增加约30%，与受拉区配筋率的增加量（100%）相比要低，表明受拉区所增加的钢筋没有完全发挥作用，与超筋梁类似。
（iii）、梁RCBEAM-03：荷载-跨中挠度曲线形状介于适筋梁与超筋梁的试验曲线之间，随着挠度的增加，荷载几乎成线性地增长，在荷载达到极限情况下，曲线出现一个较短的屈服平台，随后出现突然跌落情况。
由于受拉区配筋量的加倍，极限弯矩值增加较大，相当于梁RCBEAM-01的两倍，表明受拉区所增加钢筋发挥了完全作用。
表5-6 计算结果与理论值比较
表5-6为理论计算结果与ANSYS○R程序计算结果的对比，从表5-6中可以看出，
（1）、ANSYS○R程序计算的跨中最大弯矩值与理论计算值比较接近，RCBEAM-01和RCBEAM-02最大剪力比梁的斜截面抗剪能力低，即纵筋屈服决定梁的承载能力，压区混凝土的剪断决定梁的最大变形能力，梁的强度仍然由跨中垂直截面弯曲强度决定；而RCBEAM-03的最大剪力比梁的斜截面抗剪能力要大，所以，梁的极限承载能力由梁的斜截面抗剪能力决定，但从表中也可以看出，极限状态下的最大弯矩计算值与理论计算值比较接近，表明梁ANSYS○R程序计算的抗剪能力值为203.433 kN，比理论计算的148.9kN值高，这可能是因为纵筋的梢栓作用比较突出。
从表5-6还可以看出，在纵筋屈服时刻，ANSYS○R程序计算的梁跨中最大挠度值比理论计算值略小，原因可能是由于没有考虑钢筋-混凝土之间的粘结滑移，而使整个梁的整体刚度有所增加。
2.5.2 混凝土应力-应变本构关系比较
图5-15为混凝土应力-应变曲线计算结果和输入曲线对比图，从图中看出，混凝土计算输出本构关系与输入曲线吻合较好。
2.5.3 钢筋应力发展曲线
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