淺談ＡＮＳＹＳ對SFRC梁非線性分析

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1、淺談ANSYS對SFRC梁的非線性分析苑輝楊飛摘要：探討了在ANSYS中如何建立鋼纖維混凝土的本構(gòu)模型、單元特性以及有限元模型。從而完成對鋼纖維混凝土梁的非線性分析。并與試驗結(jié)果比較分析，從而得到令人滿意的結(jié)果。關(guān)鍵詞：ANSYS；鋼纖維混凝土；梁；非線性分析onnonlinearanalysisofSFRCbeaminANSYSAbstract:Thispaperdiscusseshowtosetupconstitutivemodels>elementpropertiesandFEAmodelsinANSYS,thu

2、sitrealizesthenonlinearanalysisofSFRCbeam。Then,wecomparethesetoexperimentalresults,andgetasatisfactableanswer.Keywords:ANSYS,SFRC,beam,nonlinearanalysisANSYS是集結(jié)構(gòu)、?流體、電磁場、聲場和耦合場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。但由于鋼纖維混凝土的復(fù)雜特性，合理地運用ANSYS模擬鋼纖維泯凝土結(jié)構(gòu)仍然是一項富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。本文以鋼纖維混凝土梁為例，著重討論鋼纖

3、維混凝土的材料模型，探討單元劃分方式、邊界條件的處理和鋼筋處理方式，詳細介紹用ANSYS分析鋼筋鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)的方法，并論證其分析結(jié)果的可靠性。1材料非線性本構(gòu)模型1.1鋼纖維混凝土的本構(gòu)模型及破壞準1.1.1鋼纖維混凝土的本構(gòu)模型鋼纖維混凝土的本構(gòu)模型，可采用Bathe等人于1979年提出的三維應(yīng)力狀態(tài)下增量的應(yīng)力-應(yīng)變方法⑴，即按應(yīng)力階段將鋼纖維混凝土視為各向同性線彈性、各向同性非線性及正交各向異性材料，并結(jié)合混凝土的開裂和壓碎情況，計算變化的切線模量。(1)拉伸而未開裂，壓應(yīng)力較小及卸載時，即誘發(fā)正交異性不嚴重

4、時，把鋼纖維混凝土近似看作各向同性線性材料，其切線模量取為初始彈性模暈E。，其材料矩陣D可用下式表示:1-v(1+—2v)1-VV1-V中，為鋼纖維的初始彈性模量。(2)三向受壓時，當(dāng)最大壓應(yīng)力丨內(nèi)IWKq.(込?為考慮了多軸情況修正后的鋼纖維混凝土的壓應(yīng)力峰值，K可取0.4左右)，近似處理成各向同性非線性彈性材料，其材料矩陣D可用下式表示:D=(1+v)(1-2v)1-vVV1-VV1-V⑵)式中，巴為3個主應(yīng)力(i=h2,3)方向上的切線彈性模量按應(yīng)力的加權(quán)平均求得的等效切線模量。(1)當(dāng)壓應(yīng)力較大時，即丨

5、>Kq.時，可將鋼纖維混凝土近似處理為正交各向異性材料,其材料矩陣D可用式(3)表示：對稱(1-v)￡2v￡32(1-v)￡3(l2u)■(l-v)F,P=(l+v)(l-2v)V￡2I式中，E”?取為主應(yīng)力的&和的應(yīng)力加權(quán)平均值。當(dāng)應(yīng)力達破壞時，認為厶=0(計算時取0.001EJ,在各種應(yīng)力階段，泊松比V的變化可忽略不計，也可按冇關(guān)的經(jīng)驗公式計算。1.1.2鋼纖維混凝土的破壞準則破壞準則是用于檢查鋼纖維混凝土開裂和壓碎的，而鋼纖維混凝土的塑性可以另外考慮。鋼纖維混凝土的破壞準則可用下式表示：—-5>0其中：F為主應(yīng)力

6、狀態(tài)函數(shù)(crv,crvp,6〃)；S為由主應(yīng)力及混凝土(鋼纖維混凝土)Sr屮單元輸入?yún)?shù)表達的破壞血；Z為抗壓強度。1?2鋼筋本構(gòu)模型鋼筋作為一種金屬材料，英力學(xué)模型相對容易把握，一般采用雙線理想彈塑性模型⑶，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如下：5W，6=g⑸2有限元模型的建立與求解2.1單元簡介ANSYS中有專門用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的Solid65單元及Concrete材料，可以考慮反映混凝土壓潰和開裂，單元為8節(jié)點6面體單元，是和一般的8節(jié)點空間實體單元Solid45相同的實體單元模型，但加入了混凝土的三維強度準則，可通過定義3個方

7、向的配筋率考慮3個方向的鋼筋⑵。Concrete材料可通過選取非線性模型考慮塑性變形和徐變，Concrete材料模型的基本參數(shù)有開裂截血和裂縫閉合截血的剪切傳遞參數(shù)，單軸和多軸抗拉、抗壓強度等。利用Solid65單元及Concrete材料可以在一定范圍內(nèi)較好地進行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析。在ANSYS軟件中，鋼筋還可用Link8三維單元摸擬，該單元是桿軸方向的拉壓單元，不承受彎矩。2.2鋼筋和鋼纖維混凝土的處理與單元劃分方式木文假定鋼纖維混凝土和鋼筋粘結(jié)很好，不考慮兩者Z間的滑移，并采用兩種不同方式處理鋼筋：一是整體式

8、模型，通過實常數(shù)將鋼筋平均到鋼纖維混凝土單元中去，即在有鋼筋分布的區(qū)域通過實常數(shù)定義分布筋，在沒有鋼筋的區(qū)域仍然用一般混凝土單元。另一種為分離式模型，利用空間桿單元Link8建立鋼筋模型，和混凝土單元共用節(jié)點。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有限元分析中單元劃分通?；趦蓚€層次：梁桿單元和實體單元。前者著重分析單元力（包括力和彎矩）與位移（包括位移