《钢筋混凝土弹性模量计算方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢筋混凝土弹性模量计算方法（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、钢筋混凝土弹性模量计算方法(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
2、 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 Preproc
3、essor- Material Props- Material Models，在 Define Material 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-
4、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。(8) 最后输入混凝土的破坏准则，在 Define Material Model Behavior 窗口中选择 Structural- Nonlinear- Inelastic- Non-metal Plasticity- Concrete，设定混凝土的裂缝张开剪力传递系数为 0.5，裂缝闭合剪力传递系数为 0.9，混凝土的单轴抗拉强度为 3e6，单轴抗压强度为 30e6，开裂软化参数为 1，其他空着使用默认值。其参数具体意义参见混
5、凝土结构有限元分析一书。(9) 接着还要定义钢筋材料性质。在 Define Material Model Behavior 窗口菜单中选择 Material- New，加入新的材料。添加以下属性：Structural-Linear-Elastic-Isotropic，设定材料的弹性模量为 2109，泊松比为 0.27。进入 Structural- Nonlinear-Inelastic- Rate Independent-Isotropic Hardening Plasticity-Mises Plasticity-Bilinear，设定屈服强度为 310e6, 屈服后的切线模量为 2e9。(
6、10) 下面开始建立几何模型，进入 ANSYS 主菜单 Preprocessor- Modeling- Create- Keypoints- In Active CS，输入以下两个关键点坐标(0,0,0)和(3,0,0)(11) 进入 ANSYS 主菜单 Preprocessor- Modeling- Copy- Keypoints，选择刚才建立的两个关键点，延 Y 轴方向复制 0.05，然后再次选择初次建立的关键点，延 Y 轴方向复制 0.5。(12) 进入 ANSYS 主菜单 Preprocessor- Modeling- Create- Area- Arbitrary- Through
7、KPs，选择关键点 1,2,4,3，建立第一个面，选择关键点 3,4,6,5，建立第二个面(13) 进入 ANSYS 主菜单 Preprocessor- Modeling- Operate- Extrude- Areas- By XYZ Offset，选择刚才建立的两个面，设定拉伸的高度为 Z 方向，距离为 0.2，拉伸。完成几何形体建模工作。得到的几何体如图所示。(14) 完成几何建模后下面要开始进行网格划分。首先指定几何体的物理属性。进入 ANSYS 主菜单 Preprocessor- Meshing- Mesh Attributes- Picked Volumes，选择 Volume 1
8、（相对小一些的那个），设定物理属性如下，注意此时的实参数为配筋混凝土。(15) 同样选择 Volume 2，设定其物理属性如图，注意此时的实参数为素混凝土。(16) 下面进入 ANSYS 主菜单 Preprocessor- Meshing- Size Cntrls- Manual Size- Global- Size，设定单元最大尺寸为0.2。(17) 进入 ANSYS 主菜单 Preprocessor- Meshing- Volumes- Mapped- 4 to 6 sided，选择所有的实体，完成网格划分。(18) 完成建模后就可以进入求解步骤。进入 ANSYS 主菜单Solution-
9、 Analysis Type- New Analysis，设定分析类型为Static。进入 ANSYS 主菜单 Solution- Analysis Type- Soln Controls，在 Solution Controls 的 Basic 页面设置预期分析子步数为 20 步，最小步数为 20 步，每步都输出结果。(19) 在 Solution Controls 窗口的 Nonlinear 页面设置 Always iteration to 25 equilibrium iterations，避免不必要的荷载步长折减。点击 Set convergence criteria，设定收敛标准为力的
10、二范数，误差容限为 0.02。(20) 进入 ANSYS 主菜单 Solution- Define Loads- Apply- Structural- Displacement- On Nodes，选择 Node 3、35、16、48，添加 Y 方向位移约束。选择 Node 35，约束所有自由度，选择 Node 48，约束 Z 方向自由度。(21) 下面输入荷载。进入 ANSYS 主菜单 Solution- Define Loads- Apply- Structural- Displacement- On Nodes，选择Node 75 和 123，添加 Y 方向位移荷载，大小为-0.01。(
11、22) 进入 ANSYS 主菜单 Solution- Solve- Current LS，求解当前荷载工况。中间会出现两次警告信息，点击继续执行（Proceed）(23) 进入 ANSYS 主菜单 TimeHist Postproc 时程后处理器，添加时程变量节点 75 的 Y 方向位移和 Y 方向反力。选择用节点 75 的 Y 方向位移为横坐标，绘制 Y 方向反力。得到荷载位移曲线如图。(24) 选择 ANSYS 顶部菜单 PlotCtrls-Device Options，在 Device Options 窗口中设置 Vector model (wireframe)为 On。进入 ANSYS主菜单 General Postproc-Plot Results-Concrete Plot- Crack Crush，得到结构最终混凝土裂缝分布如
