钢筋混凝土分离式建模
12分离式钢筋混凝土模型算例MARC
STORE MODE PAISTORE ORDERED DEI ENTRIES rVISIBLE SETSrr IDEHTIF? SET1IDEHTIF? ALL:SELECTEXIST | ITHSEISETVISIEOJ OOTLIH THTlj （左URF 出二 SELECTEND LIST 〔列RETURNMAIHReady12分离式钢筋混凝土模型算例 (MARC)⑴首先建立有限元模型，进入MARC MAIN MENU-〉MESH GENERATION , ADD->NODES ，添加以下节点 0 0 0 5000 0 0 5000 500 0 0 500 0(2)在MESH GENERA TION 中选择 ELEMENTS-〉ADD ，点选刚才建立的 1,2,3, 4节点, 建立单元。
⑶为了便于后面操作，下面将这些单元做成一个选择集( MARC 中称为SET )。
点击主菜 单区左下角的 SET 按钮，进入 SET 选择区。
点击 ELEMENTS->STORE ，输入选择集的 名称为，点选节点1,建立了第一个选择集。
L.UMASLna ? *siore_ei emen c s concrete Enter store elBineDt List : 1 Enter store eiejneat List . * \ End of List Cahthud > *stera_e 1 ejns±i t s Mfteje-ste Enter 号t ■□诧 e-lejien t Li^t . |(4)继续输入节点坐标 0 50 0 5000 50 0SELECTMODES STOfiE ELEKCTTSSTORE STORE ：EEGESSTORE5E1ECT BY5ELECT 三近丁NOME METHODSINGLESELECT MODE 广ANDHAKE VISIBIEMdltKE INVISIELL]CLEAR SELECT RESET FILTER宣 MSC.Mnrt IMtfiildl 2003| TK+1 TY+f TZ+f RX+f 戟+1 RZ+f S3OU BOX(5)进入MARC MAIN MENU-> MESH GENERATION-〉ELEMENT CLASS ，设定单元类型为LINE2 (即由两个节点组成的直线单元)。
桥梁博士V4工程案例教程分离式钢混组合梁建模教程文档
桥梁博士V4案例教程分离式钢混组合梁建模解决方案目录1.工程概况........................................................................................................................ - 1 -1.1.主要材料 ............................................................................................................. - 2 -1.2.施工步骤 ............................................................................................................. - 2 -2.总体信息........................................................................................................................ - 3 -2.1.基本信息 ............................................................................................................. - 3 -3.结构建模........................................................................................................................ - 4 -3.1.创建截面 ............................................................................................................. - 4 -3.2.创建梁 ................................................................................................................ - 11 -4.钢筋设计...................................................................................................................... - 13 -5.加劲设计...................................................................................................................... - 15 -6.施工分析...................................................................................................................... - 17 -6.1.安装槽型钢梁 ................................................................................................... - 17 -6.2.浇筑正弯矩区桥面板 ....................................................................................... - 18 -6.3.正弯矩区结合 ................................................................................................... - 18 -6.4.浇筑负弯矩区桥面板 ....................................................................................... - 19 -6.5.负弯矩区结合 ................................................................................................... - 19 -6.6.桥面铺装 ........................................................................................................... - 20 -6.7.收缩徐变 ........................................................................................................... - 21 -6.8.施工汇总 ........................................................................................................... - 21 -7.运营分析...................................................................................................................... - 21 -7.1.整体升降温 ....................................................................................................... - 21 -7.2.线性荷载 ........................................................................................................... - 22 -7.3.强迫位移 ........................................................................................................... - 22 -7.4.梯度温度 ........................................................................................................... - 22 -7.5.纵向加载 ........................................................................................................... - 23 -8.结果查询...................................................................................................................... - 23 -9.生成计算书.................................................................................................................. - 24 -- 1 -1.工程概况某分离式钢混组合梁桥，孔跨布置4x30m，设计等级为公路一级。
midas FEA建筑例题集 钢筋混凝土梁裂缝分析——侯晓武
Step00目录钢筋混凝土梁裂缝分析▪混凝土裂缝模型介绍▪模型概要- 单位: kN, m- 各向同性非线性材料- 钢筋单元- 实体单元▪荷载和边界条件- 自重- 恒载- 约束- 分析工况▪输出结果-变形- 钢筋应力•裂缝模型(1)分离式裂缝模型：当应力值达到开裂应力时，混凝土开裂，单元将在节点两侧分离，裂缝成为单元与单元之间的边界。
分析过程需要不断调整单元的网格划分；可以模拟裂缝的开展及计算裂缝的宽度。
多用于分析只有一条或几条关键裂缝的素混凝土或少筋混凝土结构。
132钢筋混凝土梁裂缝分析•裂缝模型（2）弥散式裂缝模型：当应力值达到开裂应力时，则垂直于拉应力的方向生成若干条裂缝。
通过修改材料本构模型来考虑裂缝的影响；无需修改单元网格，易于有限元程序实现，应用广泛。
对正常配筋构件，该裂缝模型结果更接近工程实际。
•裂缝模型（3）断裂力学模型：研究带裂缝构件在各种条件下裂缝的扩展、失稳和断裂规律；主要集中于单个裂缝的应力应变场分布问题；对于裂缝间相互影响问题，研究还不成熟。
•裂缝数值分析方法（1）分解应变模型总应变=材料应变+裂缝应变；材料应变：弹性应变，塑性应变，徐变，热应变；（2）总应变模型不分离各种应变，含裂缝的受拉受压分析中使用同一个本构关系；易于定义非线性特性，易于理解和应用。
钢筋混凝土梁裂缝分析133•总应变模型（1）固定裂缝模型混凝土开裂后，裂缝方向保持不变（2）转动裂缝模型裂缝方向始终保持与主拉应变方向垂直，因而随主拉应变方向变化钢筋混凝土梁裂缝分析 •刚度矩阵（1）开裂前 （2）开裂后⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧xz yz xy z y x 665544333231232221131211xz yz xy z y x D 000000D 000000D 000000D D D 000D D D 000D D D γγγεεετττσσσ)1(2E D D D )21)(1(E D D D )21)(1()1(E D D D c 665544c 231312c 332211υυυυυυυ+===-+===-+-===根据混凝土受拉、受压、受剪本构关系，考虑开裂影响，对刚度矩阵进行更新 134•刚度矩阵（1）切线刚度矩阵根据应力应变曲线，得到切线方向的弹性模量，计算刚度矩阵（2）割线刚度矩阵根据应力应变曲线，得到割线方向的弹性模量，计算刚度矩阵江见鲸《钢筋混凝土结构非线性有限元分析》应力应变关系采用全量形式时，弹性模量应采用割线模量，即采用割线刚度矩阵应力应变关系采用增量形式时，弹性模量应采用切线模量，即采用切线刚度矩阵FEA分析与计算原理切线刚度矩阵：局部裂缝或裂缝扩展分析；割线刚度矩阵：裂缝呈分布状态的钢筋混凝土结构；不考虑各方向泊松比；•混凝土受压本构关系钢筋混凝土梁裂缝分析135•混凝土受拉本构关系G I f: I型断裂能（形成断裂面所需消耗的能量）（1976） A.hillerborg 裂缝尖端应力达到抗拉强度，开始出现裂缝，裂缝张开时，应力并不马上降低为0，而是随着裂缝宽度的增加而降低。
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中混凝土的计算问题(分离式)解析
一、关于模型钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式主要分为三种，即分离式、分布式和组合式模型。
考虑钢筋和混凝土之间的粘结和滑移，则采用引入粘结单元的分离式模型；假定混凝土和钢筋粘结很好，不考虑二者之间的滑移，则三种模型都可以；分离式和分布式模型适用于二维和三维结构分析，后者对杆系结构分析比较适用。
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，后者目前尚处研究之中，主要应用的是前两种。
离散裂缝模型和分布裂缝模型各有特点，可根据不同的分析目的选择使用。
随着计算速度和网格自动划分的快速实现，离散裂缝模型又有被推广使用的趋势。
就ANSYS而言，可以考虑分离式模型(solid65+link8，认为混凝土和钢筋粘结很好，如要考虑粘结和滑移，则可引入弹簧单元进行模拟，比较困难！)，也可采用分布式模型(带筋的solid65)。
而其裂缝的处理方式则为分布裂缝模型。
二、关于本构关系混凝土的本构关系可以分为线弹性、非线性弹性、弹塑性及其它力学理论等四类，其中研究最多的是非线性弹性和弹塑性本构关系，其中不乏实用者。
混凝土破坏准则从单参数到五参数模型达数十个模型，或借用古典强度理论或基于试验结果等，各个破坏准则的表达方式和繁简程度各异，适用范围和计算精度差别也比较大，给使用带来了一定的困难。
就ANSYS而言，其问题比较复杂些。
1 ANSYS混凝土的破坏准则与屈服准则是如何定义的？采用tb,concr,matnum则定义了W-W破坏准则(failure criterion)，而非屈服准则(yield criterion)。
W-W破坏准则是用于检查混凝土开裂和压碎用的，而混凝土的塑性可以另外考虑（当然是在开裂和压碎之前）。
理论上破坏准则(failure criterion)和屈服准则(yield criterion)是不同的，例如在高静水压力下会发生相当的塑性变形，表现为屈服，但没有破坏。
而工程上又常将二者等同，其原因是工程结构不容许有很大的塑性变形，且混凝土等材料的屈服点不够明确，但破坏点非常明确。
基于ANSYS的钢筋混凝土建模研究
钢筋 的建模 （ Ｉ Ｋ 单元 ） ＬＮ ８ 。
２３ 组 合 式 模 型 在 Ａ Ｓ Ｓ中 的 实 现 ． Ｎ Ｙ
体单 元Ｓ ｌ ６ 相 同 的实 体单 元 模 型 ： ｏｉ ５ ｄ 另一 部 分 是 由
弥散 钢筋 组 成 的整体 式模 型 ， 可 以在 ＿ 空 间 的 它 二维 不 同方 向分别 设定 钢 筋 的位 置 、 度及 配 筋 率等 参 角 数 。此单 元模 型在一 般范 同 内可 以较 好地 进行 钢筋 混凝 土 的非线性 分析 ， 包括 对徐 变等 特性 的考虑 。 Ｓ ｌ ６ 单 元 可 以模 拟混 凝 土 中 的加 强 筋 （ ｏｉ ５ ｄ 或玻 璃 纤维 ， 钢等 ） 以及 材料 的拉 裂 和压 溃 现象 。对 型 ， 于分 布式模 型 ，ｏｉ６ 可 以考虑 ＝ 种钢 筋材 料 ， 种 Ｓｌ ５ ｄ ＝ ＝ 这 模型 比较容 易得 到收敛 的解 。 Ｓ ｌ ６ 单 元包 括一种 实体 材料 和 ｉ种 加 固材料 ｏｉ ５ ｄ （ 一般为 钢筋 ） ，可 以用ＭＡ 命 令定 义混凝 土材 料常 Ｔ 数， 而加 同材料 的常 数可 以在实 常数 中定 义 ， 包括 材
视单 元为连续 均 匀 的材 料 、 、
收 稿 日期 ：０１ —１ 一 ３ ２ ０ ｌ０
作 者 简 介 ：－ 荣 （９ ３ ） ｌ ， １小 １７ 一 ， 四川 渠 县 人 ， 十 ， 教 授 ， 级 工 程 师 ， 究 方 向 为计 算 力 学 、 爿 硕 副 高 研 建筑 结 构 和 市 政 工程 。
行 粘 接 （ ｕ ） Ｇｌｅ 。
（） ２ 混凝 土 与钢 筋复 合单 元 。 由于 在建立 单元 钢 度矩 阵时 ． 不但 要考 虑混凝 土材 料 的作 用 ， 日要 而 ＿ 考 虑钢 筋 的刚度 贡献 ，这种 模型 尚不能 在Ａ Ｓ Ｓ＿ ＮＹ ￣ ｆ Ｊ 直 接 利用 Ｇ Ｉ 接 生成 。但 Ａ Ｓ Ｓ Ｕ直 Ｎ Ｙ 提供 了 良好 的川 户二次 开发 功 能 ． 用 自带 Ａ Ｄ 脚本 、Ｏ Ｔ Ａ 等 利 Ｐ Ｌ ＦＲ Ｒ Ｎ
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。
钢筋混凝土剪力墙建模及分析
ABAQUS中的钢筋混凝土剪力墙建模曲哲2006-5-29一、试验标定选用ABAQUS中的塑性损伤混凝土本构模型，分离式钢筋建模，建立平面应力模型模拟钢筋混凝土剪力墙的单调受力行为。
李宏男（2004）本可以提供比较理想的基准试验。
然而计算发现，该文中试验记录的初始刚度普遍偏小，仅为弹性分析结果的1/5~1/8，原因不明，故此处不予采用。
左晓宝（2001）研究了小剪跨比开缝墙的低周滞回性能，其中有一片整体墙作为对照试件，本文仅以这片墙为基准标定有限元模型。
图1：剪力墙尺寸与配筋该试件尺寸及配筋如图1所示。
墙全高750mm，宽800mm，厚75mm，墙内布有间距φ6@100的分布钢筋，墙两端设有暗柱。
混凝土立方体抗压强度为54.9MPa，钢筋均为一级光圆筋。
（a）墙体分区及网格（b）钢筋网图2：ABAQUS中的有限元模型剪力墙采用平面应力八节点全积分单元，墙上下两端各加设100mm高的弹性梁。
钢筋采用两节点梁单元，通过Embed方式内嵌于墙体内。
模型网格及外观如图2所示。
墙下弹性梁底面嵌固。
分析中，先在墙顶施加160kN均布轴压力，再在墙上方弹性梁的左端缓缓施加位移荷载。
ABAQUS中损伤模型各参数取值如表1、图3所示。
未说明的参数均使用ABAQUS默认值。
表1：有限元模型材料属性混凝土 钢筋 材料非线性模型 Damaged PlasticityPlasticity初始弹性模量（GPa ）38.1 210 泊松比 0.2 0.3 膨胀角（deg ） 50 初始屈服应力（MPa ） 13 235 峰值压应力（MPa ） 44 峰值压应变（µε） 2000 峰值拉应力（MPa ）3.65注：其中混凝土弹性模量为文献中提供的试验值，其余均为估计值。
（a ）压应力-塑性应变曲线 （b ）拉应力-非弹性应变曲线 （c ）受拉损伤指标-开裂应变曲线图3：混凝土塑性硬化及损伤参数ABAQUS 的混凝土塑性损伤模型用两个硬化参数分别控制混凝土的拉压行为，同时可以分别引入受压和受拉损伤指标。
混凝土有限元分析与研究概述
混凝土有限元分析与研究概述摘要：本文介绍了混凝土结构常见几种有限元模型，并对混凝土有限元理论的本构关系和破坏准则以及参数选择和收敛问题进行了分析，并且提出了相应的建议，从而推动了混凝土性能的研究。
关键词：有限元，钢筋混凝土，本构模型，收敛问题引言钢筋混凝土是当今土木工程、水利水电工程以及建筑工程中使用最为广泛的建筑材料,长期以来人们用结构力学的杆系和线弹性理论来研究其结构,尽管这些理论是基于大量试验数据得到的经验公式,但对其结构内力的认识还不够深入。
有限元分析法出现后逐步成为分析钢筋混凝土结构性能和内部微观机理的有力工具。
由于许多钢筋混凝土结构在使用荷载下容许出现裂缝,裂缝的产生和发展会引起刚度的不断变化,致使结构内力随之重新分布，因此引入混凝土多参数强度准则和非线性本构关系,对其进行非线性有限元分析非常必要。
1模型钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式主要分为3种，即分离式、分布式和组合式模型。
1.1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。
1.2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，并把单元视为连接均匀材料。
与分离式不同的是，它求出的是综合了混凝土与钢筋单元的刚度矩阵；与组合式不同之处在于它不是先分别求出混凝土与钢筋对单元刚度的贡献然后再组合，而是一次性求得组合的刚度矩阵。
1.3组合式模型组合式模型又分为两种：一种是分层组合式，这种模型在杆件系统，尤其是钢筋混凝土板壳结构中应用很广，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，这种组合方式在钢筋混凝土板和壳结构中应用最广；另一种组合方式是钢筋混凝土组合单元，平面问题中主要有带钢筋的四边形单元，空间问题中主要有带钢筋模的各种单元。
钢筋混凝土分离式建模
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。
[center]暗支撑剪力墙数值模型[/center]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。
[center]LINK8+SOLID65的问题[/center]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。
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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。
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暗支撑剪力墙数值模型[/center]
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。
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LINK8+SOLID65的问题[/center]
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中的梁单元比较多，建议选取beam188单元。
beam188支持弹塑性分析、自定义截面。
可以用内力计算结果按截面插值得出应力结果，这样，SOLID65+beam188不仅解决了SOLID65+beam188的小主元问题，而且可以方便地控制钢筋单元的划分密度，也扩充了钢筋单元输出信息。
三、单元组合方式
将剪力墙中所有钢筋单元（包括暗柱、梁的纵、箍筋、暗支撑钢筋、暗支撑箍筋、暗分布筋）单独建模，为了能够与混凝土单元节点共享，将混凝土单元细化，单元高度设为暗柱箍筋间距与墙片分布筋间距的最大公约数。
钢筋与混凝土单元节点共享。
不考虑粘接-滑移影响。
其实由于混凝土单元已经细化过了，钢筋周围的混凝土由于钢筋作用而开裂之后，钢筋节点受到混凝土的约束降低，这也相当于引入了一部分粘接-滑移的力学作用，只不过没有考虑进大变形、大滑移时的几何非线性及边界非线性因素。
四、混凝土开裂与压碎判定
采用最大拉应力准则判定混凝土开裂，采用WW准则判定混凝土压碎。
在许多文章中都建议关闭混凝土压碎判定以改善收敛，个人认为得不偿失，关闭了压碎特性将过高地估计构件的承载力及后期刚度，一个错误的、与实际出入很大的计算结果的收敛性再好，即使弹出了激动人心的solution is done又有什么意义呢？至于收敛性，可以通过其它的方式来改善。
五、本构关系
经试算发现，混凝土单元选用随动强化模型时将难以收敛，选用等向强化模型则好得多，而且混凝土的随动特性并
不明显。
所以注意选用等向强化模型。
由于已经打开了压碎判定，所以，材料特性中只给出一个初始弹性模量即可，当然也可采用多线性等向模型，但对结果影响不大。
六、改善收敛的方法
ANSYS中的SOLID65单元收敛性并不是太好，有时甚至很难得到收敛的计算结果，所以保证数值模型的收敛成为用ANSYS对钢筋混凝土结构进行数值模拟中至关重要环节。
经反复计算，并汇总大家总结的规律，罗列如下：
1.打开自动时间步长。
2.钢筋采用beam188梁单元。
3.水平加载时采用残余位移收敛准则。
4.虽然混凝土与钢筋单元单独建模，但可以在混凝土单元中加入一个很小配筋率的弥散钢筋，这些钢筋并不是实际的，而是数值的，它可以在混凝土单元破坏时对节点提供一点约束，减少总刚突变。
5.采用等向强化的弹塑性模型。
清华大学江见鲸在其有限元讲义当中提到SOLID65单元尺寸不能太小，否则会引起单元的提前破坏，但我觉得，这到是一个适当地引入粘结-滑移影响的方式，而且强行的限制单元的尺寸，也使得分离式建模难以实现。
当然，一定要保证SOLID65的单元是长方体，且网格疏密过渡平缓。
七、关于裂缝分布、裂缝宽度分布
在ANSYS中，裂缝的模拟采用弥散的形式，弥散裂缝模型在宏观上结构等效，但它基于最大拉应力准则，一但某一单元开裂，将会引起“连锁反应”，导致大面积开裂，这与实际的情况是不相符的，所以，弥散裂缝的分布与试验中试件的实际裂缝没有可比性。
但是通过观察暗支撑暗力墙与传统剪力墙的数值裂缝分布，仍然能发现某些规律。
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左：无暗支撑，右：带有暗支撑[/center]
由上图可见，在相同的荷载水平下（190kN）传统剪力墙的数值模型已经大面积开裂，而配有暗支撑的剪力墙开裂面积较小，在墙体中央部位产生局部裂缝，这说明暗支撑钢筋对于抑制大面积裂缝开展，以及改善裂缝分布有着积极的作用。
然而这种裂缝分布图的信息量还是太少，有时无法从中比较出结果，比如我做的另外两个高耸的暗支撑墙。
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左侧的剪力墙无暗支撑，后侧底部配有暗支撑，从上面的分布来看，似乎比较不出什么优劣。
而且，这只是裂缝的分布，我们更关心的是裂缝“强度”（宽度）的分布。
即然开裂准则是基于最大拉应力的开裂准则，高斯点开裂之后，弹性变形引起的应变与裂缝引起的应变相比可以忽略不计，所以，混凝土单元第一主应力也就反应了裂缝的强度（宽度），而且确实有很多的计算程序就是根据第一主应变来计算裂缝宽度。
这样，就可以通过做出混凝土单元第一主应力分布图来从另一侧面反映裂缝强度分布规律。
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取相同荷载水平下（约165kN）的HSW（传统）与HSIIW（暗支撑）的第一主应变分布作图对比，计算得出HSW 的最大第一主应变为0.0672，而HSWIIW为0.0182，说明设有暗支撑的剪力墙其裂缝强度（宽度）要小于传统剪力墙，从上图中可以看出，设有暗支撑的剪力墙第一主应力分布更为分散，且变化梯度较小，而传统剪力墙则相对比较集中，变化梯度大，这说明加设了暗支撑，使得剪力墙的裂缝更趋分散，而裂缝宽度变小。
从图中还可看出，没有暗支撑的传统剪力墙，第一主应力的分布有明显的条带状，这对应了长、贯通裂缝的出现。
而暗支撑剪力墙对于抑制这种贯通裂缝有明显的作用。
八、关于钢筋应力应变分析
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由钢筋等效应力分布图可以看出，在达到极限荷载之时，传统剪力墙暗柱的纵筋与暗片分布筋基本完全屈服。
而暗支撑剪力墙除暗柱的纵筋外，墙片的分布筋依然保持了一个比较完备的应力分布梯度。
说明虽然已经达到了最大荷载，
但暗支撑剪力墙的墙片仍然具有一定承载及变形储备，计算终止只是由于受压一侧暗柱底部的混凝土压碎导致的总刚矩阵的病态所造成。
而墙片钢筋没有完全屈服也从一个侧面定性地反应出了暗支撑剪力墙的延性要好于传统剪力墙。
暗支撑钢筋一部分屈服，说明暗支撑钢筋有效地发挥了作用。
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上图为受拉一侧暗柱底部的纵筋与箍筋的等效应力分布。
箍筋可以约束混凝土，当构件受压时可使得混凝土处由三向受压的有利状态，提高构件的受压承载力，同时也对受剪的斜裂缝起到抑制作用，它是斜截面承载的重要受力元素。
在受拉一侧暗柱的位置处，箍筋不存在约束混凝土的作用，所以，此时暗柱箍筋的应力水平，恰恰反应了此处斜裂缝的发展情况。
很明显的，传统剪力墙此位置的箍筋应力要高于同位置的暗支撑剪力墙，这说明传统剪力墙此处的裂缝发展程度比暗支撑剪力墙要高得多。
受拉一侧贯穿暗柱的裂缝是剪力墙结构进入破坏的一个标志，这说明暗支撑钢筋对于抑制这种贯穿裂缝有着有利的作用。
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上图为最大荷载下暗支撑受拉及受压钢筋的应力分布，横坐标为钢筋长度，左端对应剪力墙底部。
观察钢筋应力分布，可得出下面的规律：
1．无论受压钢筋还是受拉钢筋，从底部到顶部均呈现出减小的趋势，在顶部达到最小值。
2．受拉钢筋的应力数值比受压钢筋要大，应力下降也较快，下降前的分布曲线由于受拉混凝土裂缝的影响，变化规律很不明显，在中部偏下的位置达到最大值，且屈服，在顶部进入非开裂区，迅速下降到一极小值。
这也反证了受拉暗支撑钢筋对抑制受拉区裂缝的作用。
3．受压暗支撑钢筋与混凝土粘接相对较好，由底部到顶部基本呈现了单调减小的趋势。
4．在两钢筋交叉部位（约620mm处），由于应力集中使得钢筋应力有一突变。
九、总结
由上面结果可以看出，分离式的模型信息量丰富，后处理方便。
由于钢筋混凝土这一材料本身的离散性比较大，有时很难对其做出精确的“定量”计算，但是只要模型建立合理，仍然能得到充足的“定性”结论。