ANSYS钢筋混凝土框架弹塑性推覆

ANSYS

在结构工程中,ANSYS基本上是用于弹性分析,或者钢结构的弹塑性分析。一旦结构为钢筋混凝土框架时,ANSYS便显得有点不够用了,主要的原因是在ANSYS中的混凝土材料只能用于实体单元SOLID65,而建筑结构中大部分是杆件,如果采用SOLID65单元模拟结构中的所有单元除了需要非常大的计算量之外,结构的收敛性仍然是一个问题。为了解决这个问题,本文将使用一种不常用的REINF264单元,这种单元属于加强筋单元,与ABAQUS中的*rebar关键字定义类似。REINF单元有好几种,其中264可以用于BEAM188的加强。根据帮助文件的描述,REINF264单元可以用于LINK180、 SHELL181、SHELL281、 SOLID185、 SOLID186、SOLID187、 BEAM188、BEAM189、SOLSH190和 SOLID285。现在考虑如下一个简单的单层单跨的混凝土框架:

EPConcBeam

其中框架跨度和高度都为3m,为方便计算,梁柱的截面都设置为400×400mm,截面的配筋为8根Φ25的钢筋均匀分布。水平向右推覆0.5m。

在ANSYS中首先定义BEAM188单元以及REINF264单元,下面需要定义混凝土和钢筋材料,由于混凝土标准骨架曲线存在下降段,考虑到程序的收敛性,这里不考虑混凝土的下降段,当混凝土达到极限压应变之后进入水平屈服段,其受压本构如下图所示:

混凝土受压本构

混凝土受压本构

混凝土采用C30混凝土其受压极限为14.3MPa,极限拉应变为8.1E-5,因此在受拉达到极限拉应变后混凝土进入塑性段,如下图所示:

混凝土受拉本构

混凝土受拉本构

建立好混凝土材料后,直接采用双线性随动强化模型BKIN建立钢筋模型,钢筋采用345MPa钢材,对应的命令为:

材料建立完成后,采用下面的APDL建立框架结构有限元模型

建立完成如下图所示:

框架模型

框架模型

下面要建立结构的加强筋单元,也就是在截面上生成REINF264单元。需要注意的是,在选择好相应的单元之后,使用EREINF命令可以直接在截面上生成相应的加强筋单元,如下图所示:

加强筋单元

加强筋单元

在模型建立完成之后,约束结构平面外的自由度,并约束底部支座,在顶部施加向左的强制位移0.5m。如下图所示:

约束施加

约束施加

在进行分析之前,需要开启非线性选项,即NLGEOM,ON,同时REINF264也支持使用PSTRES命令,这样可以分析带有预应力的梁模型,本文在此暂不考虑。

收敛范数

收敛范数

由于本模型主要涉及到材料非线性因此收敛性很好,计算速度也是比较快,在计算完成之后,排除钢筋部分可以直接看到混凝土部分的应力状态,如下图所示:

塑性发展

塑性发展

从上图可以看出梁的端部混凝土均已达到极限压应力和拉应力已经出现塑性铰。下图给出钢筋的应力图:

钢筋主应力

钢筋主应力

从上图可以看出,钢筋局部已经屈服,但在钢筋的中部受力比较小,这与实际结构受力相符合。

APDL代码以如下所示:

模型为测试模型,APDL代码不公开,如有需要请留言。

本文隐藏内容 登陆 后才可以浏览

9条评论

  1. 羊羊   •  

    你好,想学习一下你这个ANSYS的建模技术,互相交流,请问可以把命令流发过来看一下吗??

  2. xj   •  

    您好,最近我也在使用ansys中reinf264加筋单元来模拟桥梁结构中梁桥结构中的预应力筋,主梁单元使用189单元,但模拟结构显示reinf264单元的位移有很大的变形,都超出了梁单元的边界,而且线形都出现了很大的弯折,有关264单元的使用资料较少,希望能和您讨论!

  3. 公羊标   •  

    您好,我最近也在使用ansys中reinf264加筋单元来模拟桥梁结构中梁桥结构中的预应力筋,但是不知道体外预应力是否可以用这种单元模拟,希望能得到您的指点!

    • 伊犁的秋天   •     Author

      这个单元应该是不能模拟体外预应力的,但是具体是否能够模拟并没有亲自尝试,只是我看的例子都是那种用于单元内的。

  4. 袁辉   •  

    请问混凝土本构关系应变是负的,我这样设置程序显示出错,请问如何解决?

    • 伊犁的秋天   •     Author

      出错表示模型有问题,本构曲线出现负刚度和设置本构曲线上的点为负值不一样,确定一下是不是负刚度引起的。

      • 袁辉   •  

        请问可以把定义混凝土受拉和受压本构关系的命令流发给我看一下吗?如何设置本构曲线上的点为负值,在这里卡住好久了。。

      • 袁辉   •  

        看了一下这个网站,作者真大神啊,膜拜~
        本人土木工程硕士刚毕业,现在用ANSYS模拟混凝土剪力墙(看中ansys命令流便捷,现在非常后悔,应该用ABSQUS,但是已经入坑),SOLID65单元实在太坑爹,boss要求要有后边屈服段,SOLID65还是一条直线就出现局部单元破坏然后算不下去,被逼急只能用SOLID185单元,收敛性好很多,但是感觉结果偏大,因为SOLID185单元没有裂缝。。。。站长要是有时间还希望以后多多指教,不胜感激!!

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注

Are you human? Click the Apple...