ANSYS鋼筋混凝土(三)分離式建模(粘結滑移)

01 分離式建模方法(考慮粘結滑移)

半年沒更帖子,最近有時間繼續把坑補完。

上次介紹了ANSYS中模擬鋼筋混凝土構件的分離式建模方法,鋼筋和混凝土之間的相互作用關系是共節點。而實際上,鋼筋與其附近的混凝土之間存在粘結-滑移的關系。

本文介紹下一種ANSYS中鋼筋混凝土模擬的一種進階方法——分離式建模(考慮粘結滑移)

ANSYS鋼筋混凝土(三)分離式建模(粘結滑移)的圖1  

        粘結-滑移作用通過在重合的鋼筋和混凝土節點上添加非線性彈簧combin39來考慮。這意味著在建立幾何模型和劃分網格時,需要注意以下兩點:

① 混凝土梁體和鋼筋需要分別建模(而非在梁體上切割出鋼筋線體后賦值)。

② 混凝土梁體的節點位置需要和鋼筋節點位置相重合(或接近),這意味著劃分網格時,需要協調兩者的單元尺寸。

ANSYS鋼筋混凝土(三)分離式建模(粘結滑移)的圖2  

混凝土與鋼筋節點位置重合(或靠近)

對于鋼筋混凝土梁,一般來說只需對縱筋考慮粘結-滑移作用。因此對位置重合的鋼筋和混凝土節點,在梁截面的兩個方向只須耦合其自由度,在縱向(縱筋方向)添加非線性彈簧Combin39即可。 

其中,非線性彈簧的F-X屬性即是鋼筋混凝土粘結滑移關系(注意要乘以單元長度)。這個粘結滑移關系有大量可供參考的規范和文獻,可按需取用。

ANSYS鋼筋混凝土(三)分離式建模(粘結滑移)的圖3  


02 案例分析

仍然是如下圖所示的一根鋼筋混凝土梁,使用考慮粘結滑移的分離式建模方法模擬,此次計算中不考慮箍筋的建模。

ANSYS鋼筋混凝土(三)分離式建模(粘結滑移)的圖4  

鋼筋混凝土梁尺寸簡圖


有限元模型示意圖如下:

ANSYS鋼筋混凝土(三)分離式建模(粘結滑移)的圖5  

鋼筋混凝土梁模型示意圖

核心的命令流是如何寫一個循環,自動地對重合的混凝土和鋼筋節點施加耦合作用和非線性彈簧單元:

!彈簧實常數定義

!定義的實際是F-X曲線上的關鍵點坐標(x,F)

!定義受拉鋼筋粘結滑移模型

r,4,0,0,0.5E-2,10553.85,1.0E-2,16722.39

rmore,1.5E-2,20103.59,2.0E-2,21881.06,2.5E-2,22824.07

!rmore命令用于續行

rmore,3.0E-2,23287.51,3.5E-2,23211.92,4.0E-2,22123.47

rmore,4.5E-2,19133.97,5.0E-2,12940.87



!建立粘結滑移彈簧

allsel,all

nsel,s,loc,y,30

nsel,r,loc,x,30,120

nsel,u,loc,x,60,90

cpintf,ux,0.1       

!耦合相鄰距離為0.1內重合節點的ux自由度

cpintf,uy,0.1

!耦合相鄰距離為0.1內重合節點的uy自由度

*get,cpmaxnum,cp,,max 

!獲取重合節點總組數

type,4

real,4

!聲明彈簧單元的實常數,即F-x關系

*do,i,1,cpmaxnum

*get,n1,cp,i,term,1,node !獲取第i組cp的第一個節點號

*get,n2,cp,i,term,2,node !獲取第i組cp的第二個節點號

e,n1,n2

!在n1,n2節點之間建立單元(當前聲明的單元即為彈簧)

*enddo

allsel,all


03 計算結果

采用分離式建模(粘結滑移)可以更加詳細地考慮鋼筋的作用。但個人認為在普通的鋼筋混凝土構件計算中考慮粘結滑移作用多此一舉,其極大增加了編程難度,但模擬的結果與“共節點”方法相差一般不大。

當然,若是你的研究課題中,鋼筋和混凝土間的粘結-滑移作用本身就是重點或者參數之一,可以試試這種建模思路。

ANSYS鋼筋混凝土(三)分離式建模(粘結滑移)的圖6  

混凝土裂縫預測圖(取半結構)




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ANSYS鋼筋混凝土(三)分離式建模(粘結滑移)的圖7


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