鋼筋混凝土非線性有限元分析的案例
『分享』鋼筋混凝土結構非線性有限元理論與應用
目 錄：
第一章 緒論
1.1 鋼筋混凝土結構非線性分析的意義
1.2 鋼筋混凝土結構的有限元分析的特點與現狀
1.3 鋼筋混凝土結構有限元分析的發展趨勢
1.4 鋼筋混凝土結構非線性分析中的幾個基本概念
第二章 鋼筋混凝土結構材料的本構關系
2.1 概述
2.2 鋼筋的本構關系
2.3 混凝土的本構關系
2.4 鋼筋與混凝土之間的粘結
第三章 鋼筋混凝土結構有限元分析中的幾種單元
3.1 鋼筋混凝土結構極限元分析計算步驟
3.2 平面單元
3.3 桿系單元
3.4 聯結單元
3.5 鋼筋混凝土結構有限元模型的選擇
第四章 非線性有限元分析的計算方法
4.1 混凝土的開裂與破壞
4.2 有限元非線性方程組的解法
4.3 單元開裂和屈服后的處理
4.4 結構進入負剛度后的處理方法
第五章 鋼筋混凝土構件有限元分析
5.1 按桿系結構進行梁的有限元分析
5.2 鋼筋混凝土構件的荷載—撓度曲線計算
5.3 按平面應力問題進行梁的有限元分析
第六章 鋼筋混凝土框架結構有限元分析
6.1 基本假定與結構簡化
6.2 結構非線性計算模型
6.3 結構有限元非線性分析
第七章 鋼筋混凝土剪力墻結構有限元分析
7.1 概述
7.2 鋼筋混凝土剪力墻非線性有限元分析的基本理論
7.3 鋼筋混凝土剪力墻有限元分析實例
第八章 鋼筋混凝土結構動力有限元分析
8.1 動力分析的基本要求
8.2 動力方程及單元特性
8.3 動力特性的求解方法
8.4 動力反應的求解方法
8.5 動力系統的簡化方法
附錄 A 鋼筋混凝土剪力墻結構非線性有限元分析源程序
附錄 B 鋼筋混凝土構件裂縫及變形圖繪制
參考文獻
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展開 鋼筋混凝土結構非線性有限元分析.pdf
本書對用有限元法分析鋼筋混凝土結構作了系統、深入的論述。內容包括混凝土強度理論，本構關系模式，有限元離散技術，非線性數值方法和有關程序設計，反映了在這一領域的國內外最新成果。本書將理論闡述、數值計算和程序設計緊密結合，并附有非線性分析源程序，便于工程應用。
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轉，鋼筋混凝土結構非線性有限元在ANSYS中的分析
前言
混凝土是一種力學性能十分復雜的建筑材料,由水泥、砂、石、水及各種外加劑硬化而成,成分復雜,性能多樣.迄今為止,還不能說對混凝土的力學性能己經完全掌握了。對于鋼筋混凝土結構的分析和強度計算,傳統的方法是建立基于大量試驗研究的經驗公式,對于常規設計而言,這種方法仍不失其實用價值。但是基于試驗數據的經驗公式并不能滿足人們對鋼筋混凝土結構深入認識的需要,諸如混凝土的彈塑性性質、混凝土的開裂及鋼筋與混凝土的交互作用等。
1967年,Ngo和Scordelis將有限元方法應用于分析混凝土梁。隨著計算機技術的快速發展,非線性有限元法在鋼筋混凝土結構分析中得到了廣泛的應用,它不僅應用于普通建筑構件,如梁、板、剪力墻等.也應用于人型特殊復雜結構。同時對于結構和構件的全過程分析,必須借助非線性有限元方法才能得出合理的結論。此外非線性有限元還能夠幫助和改進一部分試驗,應用非線性有限元法對于減少試驗數量、減輕試驗的勞動量、提高效率很有意義。
但是,和一般連續介質力學中的有限元方法相比,對鋼筋混凝土結構進行有限元分析還存在不少困難,這些困難主要存在于:鋼筋和混凝土是力學性能很不相同的材料。混凝土材性復雜、成分多樣,特別是在復雜應力狀態和加載歷史下,其本構關系還有許多問題值得研究。在荷載作用下,一般鋼筋混凝土結構是帶裂縫工作的.混凝土的變形(如收縮和徐變)和時間相關,另外,影響混凝土和鋼筋之間粘結滑移的因素也很多,其中規律還有待深入研究。鋼筋混凝土結構的非線性有限元分析離開了計算機是不可能實現的,因此程序編制特別重要。
展開 專業的鋼筋混凝土非線性分析軟件-VecTor2介紹分享
（1）背景知識
對于結構工程的研究生，數值模擬是我們科研過程中必備的技能，目前我們國內常用于鋼筋混凝土結構分析的有限元軟件可以大致分為三類：
1、第一類是功能強大的商業軟件如ABAQUS、ANSYS、等，這類大型商業軟件通常采用實體單元，計算速度偏慢，對電腦要求高，特別是做往復加載時會非常容易出現難以收斂的問題，模擬混凝土單元剪切效果很差；
2、第二類是桿系結構纖維截面軟件如OpenSees、SeismoStruct、Sap2000等，這類軟件適合分析多高層整體結構，當然也可以做精細化的構件分析，但常常需要和零長度彈簧單元結合使用才能達到精細化的模擬效果，具體可參考我的SeismoStruct系列視頻（1）-（6）以及SeismoStruct軟件介紹帖，里面詳細介紹了SeismoStruct里最基本的梁、柱、節點（包含零長度彈簧使用）、剪力墻、填充墻、整體框架的擬靜力、動力分析；
3、第三類是不為大家所熟知的一些專門針對鋼筋混凝土結構開發的輕質小軟件如：多倫多大學Vecchio 團隊開發的系列軟件 VecTor2 到 VecTor6，其分析的對象涵蓋平面模型到立體模型，從試件到子結構，從靜力到沖擊爆炸荷載作用，還有ATENA 等，這類軟件的專業性非常強，其理論背景非常完善，包括了各種混凝土、鋼筋、粘結滑移本構，并且針對鋼筋混凝土結構裂縫也能很好模擬，特別是針對模擬混凝土剪切破壞、剪切裂縫問題。
（2）VecTor2 介紹
VecTor2 是一套專門針對鋼筋混凝土非線性有限元分析的程序，由多倫多大學的 Vecchio 團隊歷經多年對鋼筋混凝土結構的研究和對有限元法的應用基礎上編制而成（多倫多大學的 Vecchio教授和Collins是混凝土基本理論領域的杰出人物，大家可以百度了解）。
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《混凝土結構有限元分析 》
【目錄】
第1章 緒論
1.1 鋼筋混凝土非線性有限元分析的意義
1.2 鋼筋混凝土有限元分析發展簡況
1.3 鋼筋混凝土有限分析的發展展望
第2章 應力與應變分析
2.1 向量與張量
2.2 應力分析
2.3 應變分析
第3章 混凝土的破壞準則
3.1 概述
3.2 單軸受力下的應力應變關系
3.3 雙軸受力下的混凝土強度
3.4 三軸受力下的混凝土強度準則——古典強度理論
3.5 三軸受力下的混凝土強度準則——多參數強度準則
第4章 混凝土材料的本構關系
4.1 概述
4.2 非線性彈性本構關系——全量型
4.3 非線性彈性本構關系——增量型
4.4 彈塑性本構關系——形變理論
4.5 彈塑性本構關系——增量理論
4.6 粘彈性與粘塑性本構關系
4.7 內時理論
第5章 鋼筋混凝土有限元模型
5.1 概述
5.2 分離式模型
5.3 組合式模型
5.4 整體式模型
5.5 小結
第6章 混凝土的斷裂與損傷
6.1 線彈性斷裂力學基礎
6.2 非線性斷裂力學基礎
6.3 斷裂力學在混凝土中的應用
6.4 混凝土有限分析中的裂縫模型
6.5 損傷力學在混凝土中的應用
第7章 非線性方程組的解法
7.1 結構分析的非線性問題
7.2 非線性方程求解的逐步增量法
7.3 求解非線性方程組的迭代法
7.4 收斂準則
7.5 非線性方程組求解方法實例比較
7.6 考慮結構負剛度的一些算法
7.7 彈塑性單元應力調整計算
第8章 桿系有限元模型
8.1 概述
8.2 桿件剛度矩陣
8.3 恢復力模型
8.4 剪力墻模型
8.5 算例
第9章 其他數值方法
9.1 概述
……
第10章 賞用有限元程序中的混凝土模型
附錄 教學程序
參考文獻
名詞索引
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鋼筋混凝土結構有限元分析單元類型和分析模型 附混凝土結構有限元分析下載
通常鋼筋混凝土結構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（包括位移和轉角）之間的關系，而后者著重分析單元的應力—應變關系。單元類型的選取應兼顧計算規模、材料模型的精度等多方面的因素。對于全結構規模較大，可將結構離散成桿系單元進行分析。對于復雜區域（梁柱節點）或重要的構件等可將桿系結構體系計算的力和位移施加到實體單元模型上，分析局部應力和應變。在結構分析中應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構構件。
1.鋼筋混凝土結構有限元分析中的模型
鋼筋混凝土結構不同于一般均質材料，它是由鋼筋和混凝土兩種材料構成的，一般鋼筋是被包圍在混凝土之中，而且相對體積較少，因此建立結構有限元模型需考慮這些特性。構成鋼筋混凝土結構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結單元來模擬鋼筋和混凝土之間的粘結和滑移，若鋼筋和混凝土之間的粘結很好，不會有相對滑移，則可視為剛性聯結，可以不考慮聯結單元問題。眾所周知，鋼筋混凝土是存在裂縫的(否則鋼筋難以發揮作用)，而開裂必然導致鋼筋和混凝土變形不協調，也就是說必然存在粘結失效和滑移的產生，因此這種模型被廣泛的應用。單元剛度矩陣的推導與一般有限元相同。
1.2 組合式模型
組合式模型是假設鋼筋以一個確定的角度分布在整個單元中，并假設混凝土與鋼筋之間存在著良好的粘結，認為兩者之間無滑移。又分為分層組合方式和帶鋼筋膜的方式等。
展開 254 基于matlab的鋼筋混凝土非線性分析 ￥12.9
基于matlab的鋼筋混凝土非線性分析，根據梁本構關系，然后進行非線性分析，繪制彎矩-曲率曲線。可設置梁的截面尺寸、混凝土本構，鋼筋截面面積等相關參數，程序已調通，可直接運行。
【CAE案例】鋼筋混凝土結構的非線性地震分析的建模和實驗驗證
圖4 CEA測試模型
在通用結構仿真軟件中使用的計算模型由2500個用來模擬混凝土的DKT單元與1900個用來模擬鋼筋的GRILLE單元組成。使用實驗測得的數據設置楊氏模量等相關材料參數，在瞬態計算中，使用了二階NEWMARK時間積分法，增加了瑞利阻尼。分別使用ENDO_ISOT_BETON和GRILLE_CINE_LINE定義混凝土和鋼筋的非線性本構模型。
圖5 樓板DKT模型
03 結果分析
如下圖所示，針對Nada?_B模型的驗證，在兩種不同加速度時序載荷作用下，通用結構仿真計算的模型位移值與實驗值體現出非常好的一致性。尤其是最大位移量的計算上，計算值與實驗值的差異非常小。
圖6 Nice S1加速度時序譜與Meledy Ranch加速度時序譜下位移的計算值與實驗值
如下圖所示，針對Endo_Isot_Béton模型的驗證，對于非線性與線性計算結果，通用結構仿真計算值與實驗值都有著較好的匹配度。
圖7 樓板實驗線性（左）與非線性（右）實驗值與計算值比較
04 結論
在本次研究中，針對兩種鋼筋混凝土模型：2D各向異性的Nada?_B模型，與3D各向同性Endo_Isot_Béton模型，設計了相關實驗，并與通用結構仿真計算結果進行對比，結果證明這兩種計算模型都有著較高的精度。
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展開 預應力鋼筋混凝土板的非線性分析（原創案例賞析，如轉載，請注明出處）
分析類型：預應力鋼筋混凝土板的非線性分析
分析平臺：ANSYS17
技術難點：預應力的施加 混凝土開裂后的下降段加載分析
關鍵詞：鋼筋混凝土 預應力 極限載荷 開裂載荷 載荷位移曲線
完成人：技術鄰ANSYS專家
業務咨詢網址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
技術背景：獲得預應力鋼筋混凝土板的載荷位移曲線，包括開裂載荷，極限載荷
工程意義：鋼筋混凝土
研究對象：鋼筋混凝土板
模擬過程：四點彎曲加載
代做業務：土木工程的鋼結構分析，鋼筋砼結構分析，地震作用下的耗能/滯回曲線分析，其他分析
圖1 鋼筋混凝土板模型
下部有受拉鋼筋，為預應力鋼筋。
圖2 有限元模型
能看出不一樣嗎？采用rbe3命令來進行分配加載的哦
圖3 具有漂亮對稱性的位移結果
圖4 完美的裂紋圖
圖5 載荷位移曲線
非常漂亮的載荷位移曲線，注意混凝土開裂后以及鋼筋屈服后的載荷下降，好幾個階段，想要計算出漂亮的下降段記得找我。
圖6 整齊規范的APDL命令
采用整齊規范的APDL命令流實現，so easy！！
展開 鋼筋混凝土結構有限元分析單元類型和分析模型
通常鋼筋混凝土結構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（包括位移和轉角）之間的關系，而后者著重分析單元的應力—應變關系。單元類型的選取應兼顧計算規模、材料模型的精度等多方面的因素。對于全結構規模較大，可將結構離散成桿系單元進行分析。對于復雜區域（梁柱節點）或重要的構件等可將桿系結構體系計算的力和位移施加到實體單元模型上，分析局部應力和應變。在結構分析中應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構構件。
1.鋼筋混凝土結構有限元分析中的模型
鋼筋混凝土結構不同于一般均質材料，它是由鋼筋和混凝土兩種材料構成的，一般鋼筋是被包圍在混凝土之中，而且相對體積較少，因此建立結構有限元模型需考慮這些特性。構成鋼筋混凝土結構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結單元來模擬鋼筋和混凝土之間的粘結和滑移，若鋼筋和混凝土之間的粘結很好，不會有相對滑移，則可視為剛性聯結，可以不考慮聯結單元問題。眾所周知，鋼筋混凝土是存在裂縫的(否則鋼筋難以發揮作用)，而開裂必然導致鋼筋和混凝土變形不協調，也就是說必然存在粘結失效和滑移的產生，因此這種模型被廣泛的應用。單元剛度矩陣的推導與一般有限元相同。
1.2 組合式模型
組合式模型是假設鋼筋以一個確定的角度分布在整個單元中，并假設混凝土與鋼筋之間存在著良好的粘結，認為兩者之間無滑移。
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非線性彈簧模擬鋼筋混凝土拉拔inp文件
跟著視頻做了一下非線性彈簧模擬鋼筋混凝土拉拔，能運算
Job-1129.zip
可能模型不太對，希望大家幫看看這個要怎么改
『原創』鋼筋混凝土有限元分析——技術現狀報告.pdf
美國土木工程師學會混凝土與瓦工結構分會編輯
河海大學版，周氏等翻譯
鋼筋混凝土有限元分析——技術現狀報告.part1.rar
鋼筋混凝土有限元分析——技術現狀報告.part2.rar
鋼筋混凝土有限元分析——技術現狀報告.part3.rar
鋼筋混凝土有限元分析——技術現狀報告.part4.rar
基于ABAQUS混凝土損傷模型的某適筋梁非線性靜力分析一般過程
基于ABAQUS混凝土損傷模型的某適筋梁非線性靜力分析一般過程
某適筋梁，截面尺寸以及配筋如下所示，采用ABAQUS對其進行靜力分析。在加載處以及支座附近分別設置了剛性墊塊，混凝土保護層厚度取35mm。
材料特性如下：
1、混凝土：抗壓強度fc=24MPa,抗拉強度ft=2.4MPa，采用混凝土損傷本構模型；密度為2400Kg/m^3
2、鋼筋：彈性模量E=190GPa,泊松比u=0.3,屈服強度210MPa;密度為7800Kg/m^3
3、墊塊：彈性模量E=2100GPa，泊松比u=0.3;密度為7800Kg/m^3
建模過程如下：
一、建立part
根據上圖信息，分別建立梁主體、剛性墊塊、底部受拉筋、頂部受壓筋、箍筋的part。混凝土保護層厚度取35m，底部第一排鋼筋與第二排鋼筋的間距取35mm，端頭縱筋的保護層厚度取25mm。建立過程中需要提前規劃好點位坐標，以方便后續組裝。
二、定義材料
混凝土：彈性模量取29.5GPa,根據本構模型計算表格，輸入相應的參數，得到混凝土的本構模型。
鋼筋：鋼筋采用理想彈塑性模型，輸入參數如下。
墊塊：只考慮其彈性行為，按彈性材料輸入。
三、截面屬性定義
對于梁主體以及墊塊，直接賦予材料屬性即可。對于鋼筋，還需輸入截面面積，不同型號的鋼筋體現在截面面積上，類似ANSYS中實常數的輸入。
四、部件組裝
根據結構尺寸圖，組裝成體。為了利于墊塊與梁主體之間的連接，在梁的適當部分進行切分。
展開 復合材料混凝土模具有限元分析
復合材料混凝土模具有限元分析
1. 模具尺寸
模具尺寸大小為9000mm*3500mm，截面尺寸如下圖所示。
圖1.1 模具截面尺寸
2. 有限元分析結果
2.1. 第一種材質
彈性模量E1=51492MPa，E2=10000MPa，E3=10000MPa，泊松比υ12=0.22，υ13=0.22，υ23=0.30，剪切模量G12=21103MPa，G13=21103MPa，G23=4000MPa，纖維方向的拉伸極限應力為923MPa，纖維方向的壓縮極限應力為493MPa，剪切強度為245MPa。
在混凝土側壓和澆筑混凝土沖擊的作用下，模具的應力及位移變化如下圖所示。
圖2.1 模具應力云圖
圖2.2 模具位移圖
由以上結果可知，模具最大應力為5.23MPa,最大位移為0.195mm。
2.2. 第二種材質
彈性模量E1=28400MPa，E2=5515MPa，E3=5515MPa，泊松比υ12=0.22，υ13=0.22，υ23=0.30，剪切模量G12=11639MPa，G13=11639MPa，G23=2121MPa，纖維方向的拉伸極限應力為654.59MPa，纖維方向的壓縮極限應力為445.79MPa，剪切強度為106.65MPa。
在混凝土側壓和澆筑混凝土沖擊的作用下，模具的應力及位移變化如下圖所示。
圖2.3 模具應力云圖
圖2.4 模具位移圖
由以上結果可知，模具最大應力為5.25MPa,最大位移為0.354mm。
3.
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