ANSYS鋼筋混凝土（一）整體式建模
01 ANSYS中的鋼筋混凝土
目前在ANSYS中模擬鋼筋混凝土主要有以下幾種方法：整體式建模、分離式建模（共節點）、分離式建模（考慮粘結滑移）、使用“Embed”方法（編寫弘文件）、使用REINF單元等。
以下是幾種鋼筋混凝土的模擬思路：
接下來一段時間內，筆者將通過多個帖子用實例逐個介紹ANSYS中以上模擬鋼筋混凝土的方法。可關注筆者的技術鄰賬號和公眾號，及時學習！
02 整體式建模方法
整體式模型即將鋼筋混凝土結構中的鋼筋彌散到整個混凝土結構中（采用混凝土實體單元SOLID65中自帶的配筋率實常數設置）。
其優勢在于建模簡單快捷，計算收斂性較好，劣勢在于其計算結果粗略。特別對于結構構件較多，且混凝土結構配筋非最主要研究對象時，建議采用整體式建模方法模擬鋼筋混凝土構件。
定義了配筋率后的鋼筋混凝土梁
03 案例分析
如下圖所示的一根鋼筋混凝土梁，使用整體式建模方法模擬，著重展示配筋率實常數計算和賦值方法。
鋼筋混凝土梁尺寸簡圖
為簡化計算，建立鋼筋混凝土梁的1/2對稱模型，支座和加載頭建立鋼墊片，墊片與梁之間采用MPC算法粘結。
受壓區和受拉區縱筋配筋率需要分別定義，故用工作平面切割出受壓區和受拉區。
鋼筋混凝土梁模型示意圖
SOLID65通過實常數定義配筋率（體積配筋率），其實常數如下：
REAL,NSET,MAT1,VR1,THETA1,PHI1,MAT2,VR12,THETA2,PHI2,MAT3,VR3,THETA3,PHI3,CSTIF
其中：
MAT1、MAT2、MAT3——三個方向鋼筋材料號
VR1、VR2、VR3——三個方向鋼筋體積配筋率
THETA1、THETA2、THETA3——鋼筋與單元坐標系x軸角度θ
PHI1、PHI2、PHI3——鋼筋與單元坐標系xoy面角度Φ
CSTIF——開裂面或壓碎單元的剛度系數
配筋方向通過角度θ、Φ定義，詳細見下圖：
配筋方向定義
本例中，定義配筋率的思路和命令流如下：
pi=acos(-1)
v1=0.25*pi*22*22*2/(150*60)
!拉區混凝土縱筋配筋率
v2=0.25*pi*8*8*2/(150*60)
!壓區混凝土縱筋配筋率
v3=0.25*pi*8*8*2*(2550/2/75+1)/(2550*150)
!豎向箍筋的配筋率
v4=0.25*pi*8*8*(2550/2/75+1)/(2550*60)
!水平向箍筋的配筋率
r,1,2,v1,0,90,2,v4
rmore,0,0,2,v3,90,0
r,2,2,v2,0,90,2,v4
rmore,0,0,2,v3,90,0
r,3,2,v3,90,0
04 計算結果
采用整體式建模的鋼筋混凝土梁，如采用適當的受拉區劃分和配筋率設置，其跨中撓度的荷載位移曲線與分離式模型能非常接近。
且整體式模型任然能得到較為合理的裂縫預測圖與彌散的鋼筋應力云圖。
裂縫預測圖
彌散鋼筋應力云圖
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