混凝土結構抗壓強度高，而抗拉強度大約只有其十分之一，在受到豎向荷載（包括自重）作用下，梁下部會產(chǎn)生拉應力，上部產(chǎn)生壓應力，而由于其抗拉強度低，因此很小的荷載即可導致梁下部開裂，從而使其失去承載力。為了解決這個問題，通常在混凝土受拉區(qū)設置鋼筋，當混凝土受拉開裂后，鋼筋因其較高的抗拉強度仍然能夠繼續(xù)承擔拉力，而梁的受壓區(qū)也能夠繼續(xù)承擔壓力，二者協(xié)同工作，各司其職，使得鋼筋混凝土梁相較于素混凝土承載力得到明顯提高。

就Abaqus而言，很多使用者對于鋼筋混凝土梁的數(shù)值模擬通常采用簡化模型：即將鋼筋通過線單元（Wire）建模，后將鋼筋嵌入（embed region）混凝土梁中，此方法確實可以節(jié)省不少工作量，而且在一定范圍內結果也較為精確；第二種方法即是將鋼筋通過實體單元建模，此方法相對于第一種而言，更為符合實際情況。然而，鋼筋和混凝土之間的耦合并不是簡單的合并，多位學者專門通過拔拉試驗研究鋼筋和混凝土之間的粘結滑移，通過設置二者交界面處的牽引分離本構模型更好地模擬鋼筋混凝土梁內部的實際受力狀態(tài)。下面針對以上三種模型進行建模，并進行對比分析。

【模型信息】矩形梁截面尺寸b×h=300mm×400mm，混凝土梁長2m，計算長度1.9m，混凝土強度等級為C50。縱向受拉鋼筋采用HPB300，鋼筋布置為6&12，保護層厚度為25mm。采用四點加載，剪跨比為2，加載由位移控制，位移大小設置為20mm。

根據(jù)上述提到的三種模型，簡化模型和實體模型情況如下圖所示。

【三種方法建模難點分析】對于第一種模型，即簡化模型而言，建模上并無難點，只需要將桁架鋼筋（truss steel）內置進混凝土單元即可，此方法簡潔高效，被大多數(shù)學者采納。

第二種模型在簡化模型基礎上將桁架鋼筋（truss steel）變?yōu)閷嶓w鋼筋（solid steel），其他各項設置保持不變，使得模型更加貼合實際情況，這種情況下鋼筋不再是簡單的桁架單元，除了軸力外還會受到相應的彎曲應力，但是模型的收斂性有所降低。

第三種模型在第二種模型基礎上在實體鋼筋（solid steel）和混凝土梁連接界面設置相應粘結本構，并在切向和法向設置摩擦關系。這種模擬方法原則上講能夠最大程度再現(xiàn)實際鋼筋混凝土梁的實際受力狀態(tài)，但是礙于本構多且復雜，并且粘結界面的參數(shù)設置需要根據(jù)實驗進行較為繁瑣的調整，對于初學者而言極不友好，也正是由于其本構的復雜性給第三種模型的運算時間及收斂性帶來極大挑戰(zhàn)，因此此種模擬方法甚少有人采用。

【結果對比】將三者的位移，應力云圖相關指標進行對比分析如下圖。（下列gif動圖需要打開超鏈接查看）

圖4 Mise應力云圖對比

圖5 位移云圖對比

將三種模型下跨中荷載位移曲線提取進行對比，如圖6所示。

圖5 荷載-位移曲線對比

由上圖可知，三者在前期未達到屈服荷載階段時F-U曲線走勢幾乎完全一致，加入奶粘結滑移后，模型只能運算到前期線彈性階段，實體模型在達到屈服荷載后一段時間，未能加載至極限荷載，簡化模型可以完整運行至混凝土破壞完成，且實際荷載值與實體模型誤差不到1%，而且收斂性上更為優(yōu)越。

表1 三種模型下的計算指標對比

如上表所示，三種模型各有利弊，對于實際狀態(tài)的還原程度（僅對于模型本身）而言：實體模型（帶粘結滑移）>實體模型>簡化模型，而從計算效率及收斂性上看，簡化模型>>實體模型>>實體模型（帶粘結滑移）。

【注】本文加入粘結滑移的實體模型需要一些技巧設置才可成功運行，而且粘結參數(shù)僅是經(jīng)驗值，真正考慮時應該根據(jù)實驗進行理論計算才能更好模擬實際情況。

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