鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有限元分析單元類型和分析模型
通常鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有限元分析單元分為兩個層次:桿系單元和實體單元。前者著重分析單元力(包括力和彎矩)與位移(包括位移和轉(zhuǎn)角)之間的關(guān)系,而后者著重分析單元的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系。單元類型的選取應(yīng)兼顧計算規(guī)模、材料模型的精度等多方面的因素。對于全結(jié)構(gòu)規(guī)模較大,可將結(jié)構(gòu)離散成桿系單元進行分析。對于復(fù)雜區(qū)域(梁柱節(jié)點)或重要的構(gòu)件等可將桿系結(jié)構(gòu)體系計算的力和位移施加到實體單元模型上,分析局部應(yīng)力和應(yīng)變。在結(jié)構(gòu)分析中應(yīng)盡可能多地采用三維實體單元模型,力求最大程度的真實模擬實際結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
1.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有限元分析中的模型
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不同于一般均質(zhì)材料,它是由鋼筋和混凝土兩種材料構(gòu)成的,一般鋼筋是被包圍在混凝土之中,而且相對體積較少,因此建立結(jié)構(gòu)有限元模型需考慮這些特性。構(gòu)成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的有限元模型主要有以下三類:
1.1 分離式模型
分離式模型把混凝土和鋼筋作為不同的單元來處理,即混凝土和鋼筋各自被劃分為足夠小的單元。考慮到鋼筋是一種細(xì)長材料,通常可忽略其橫向抗剪強度。這樣,可以將鋼筋作為線形單元處理(如ANSYS中的link8單元)。混凝土可采用四面體單元等實體單元(如ANSYS中的solid65單元)。在該模型中,鋼筋和混凝土之間可以插入聯(lián)結(jié)單元來模擬鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)和滑移,若鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)很好,不會有相對滑移,則可視為剛性聯(lián)結(jié),可以不考慮聯(lián)結(jié)單元問題。眾所周知,鋼筋混凝土是存在裂縫的(否則鋼筋難以發(fā)揮作用),而開裂必然導(dǎo)致鋼筋和混凝土變形不協(xié)調(diào),也就是說必然存在粘結(jié)失效和滑移的產(chǎn)生,因此這種模型被廣泛的應(yīng)用。單元剛度矩陣的推導(dǎo)與一般有限元相同。
1.2 組合式模型
組合式模型是假設(shè)鋼筋以一個確定的角度分布在整個單元中,并假設(shè)混凝土與鋼筋之間存在著良好的粘結(jié),認(rèn)為兩者之間無滑移。又分為分層組合方式和帶鋼筋膜的方式等。該單元剛度矩陣推導(dǎo)時分別求出各自的單元剛度,然后組合起來。
1.3 整體式模型
整體式模型是假設(shè)鋼筋分布于整個單元中,并把單元視為連續(xù)均勻材料(如ANSYS中的四面體等實體單元-solid65單元選擇混凝土材料時),采用混凝土-鋼筋復(fù)合的本構(gòu)關(guān)系,把混凝土、鋼筋二者的貢獻組合起來,一次求得綜合的單元剛度矩陣。
后兩種模型共同點是它們的單元剛度矩陣都是反映鋼筋混凝土的綜合剛度。
工程師必備
- 項目客服
- 培訓(xùn)客服
- 平臺客服
TOP




















