鋼筋混凝土模擬的案例
Abaqus應用之鋼筋混凝土篇 ￥9.99
鋼筋模型類型
1.1 理想彈塑性模型
在Abaqus中，可以通過直接在塑性部分輸入屈服應力對應的屈服應變來定義理想彈塑性模型。例如，Q345B鋼材的屈服強度為345MPa，極限抗拉強度可以達到510-600MPa。在Abaqus中，可以取第一個點為(345,0)，第二個點可以設為(551,0.1)，使得兩個點之間的斜率為0.01Es（鋼材的彈性模量）。
1.2 雙折線模型
雙折線模型是鋼筋混凝土模擬中常用的一種簡化模型。在Abaqus中，鋼筋可以通過線單元（Wire）建模，然后將鋼筋嵌入（embed）混凝土梁中。這種方法簡潔高效，被大多數學者采納。然而，這種方法在模擬鋼筋和混凝土之間的粘結滑移時可能不夠精確。
1.3 三折線模型
三折線模型考慮了鋼筋的屈服階段，可以更準確地模擬鋼筋的滯回行為。在Abaqus中，可以通過用戶自定義的UMAT子程序來實現這種模型。例如，清華大學曲哲提出的改進的Clough鋼筋滯回本構模型，可以在反向再加載時，指向按卸載剛度加載至歷史最大點對應的應力的0.2倍，再指向歷史最大點，從而考慮鋼筋加載-卸載-反向加載過程產生的包辛格效應。
2. 鋼筋與混凝土的相互作用
2.1 粘結滑移關系
鋼筋和混凝土之間的粘結滑移關系是模擬鋼筋混凝土結構的關鍵。在Abaqus中，可以通過設置二者交界面處的牽引分離本構模型來模擬這種關系。例如，基于Abaqus的三種鋼筋混凝土梁數值模擬對比研究表明，將鋼筋通過實體單元建模，并在實體鋼筋和混凝土梁連接界面設置相應粘結本構，可以更真實地模擬鋼筋混凝土梁內部的實際受力狀態。
2.2 損傷塑性模型
Abaqus中的混凝土損傷塑性（CDP）模型能夠描述材料在循環加載和動態加載條件下的力學響應。
展開 Ls-Dyna對預應力鋼筋混凝土結構的抗爆模擬
案例中承受爆炸荷載構件為剪力墻-預應力寬連梁鋼筋混凝土構件，構件有限元模型應用HyperMesh工具處理，鋼筋與混凝土單元共節點，模型概況，如圖1。本案例采用kg-mm-s單位制。
模擬預應力鋼筋混凝土結構的爆炸沖擊響應，需要分兩步處理：第一步，對構件施加預應力，模擬構件的穩態應力分布；第二步，進行預應力分布穩定時的構件抗爆模擬。其中，第二步針對預應力鋼筋混凝土構件進行的爆炸相關設置，見前貼<Ls-Dyna對鋼筋混凝土結構的抗爆模擬>，本文章主要介紹預應力，即預緊力的施加，及重啟動的相關設置。空氣及炸藥網格可用TCE工具處理（TCE使用方法見我的技術鄰免費課程<Dyna求解的工程爆破模擬教程>）。
Part1預緊力的施加-預應力鋼筋混凝土構件建立：
第一步，新建MAIN.k、ALE.K、BlastPoint.k、Boundary.k、EntitySet.k、Mode.k（搭建的模型文件導出Mode.k中）。復制材料卡片（提前寫好，或聯系博主索要）及計算控制卡片（聯系博主索要）到計算文件夾中，形成文件內容如圖2。文件解析見前貼<Ls-Dyna對鋼筋混凝土結構的抗爆模擬>。
第二步，將MAIN.k文件導入HyperMesh中（模型搭建如若不會，可以向博主索要學習資料），操作步驟見圖3。
第三步，為模型分配材料及屬性。
本例中構件模型及單元屬性按表1采用，混凝土單元材料模型添加材料侵蝕關鍵字*MAT_ADD_EROSION，材料與屬性需要依照圖4操作圖示，依次完成賦值。
第四步，生成預應力鋼筋截面上幾何點，操作步驟見圖5。
第五步，創建施加預應力的截面，二根鋼筋分別建立，操作步驟見圖6，注意進行預應力截面創建前，使Boundary.k文件置于當前，方法見前貼<Ls-Dyna對鋼筋混凝土結構的抗爆模擬>圖6。
展開 ANSYS鋼筋混凝土（二）分離式建模（共節點）
01 分離式建模方法（共節點）
上次介紹了ANSYS中使用SOLID65中配筋率實常數來考慮鋼筋的“整體式建模方法”：
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1794777
本文則介紹下一種ANSYS中鋼筋混凝土模擬的常用方法——分離式建模（共節點）
分離式建模即將鋼筋混凝土結構中的鋼筋網按照其主要幾何構造建模，并賦予其桿單元（LINK180等）屬性。又按照鋼筋網與混凝土的連接方法細分為“共節點”、“考慮粘結滑移”、“EMBEDDED方法”等。
鋼筋與混凝土共節點即鋼筋單元上的節點與其對應重合位置的混凝土節點本身為共節點，這種方法忽略了鋼筋與混凝土間的粘結滑移作用，但勝在相對簡便，且在大多數情況下考慮粘結滑移與否對結果的影響不大。
要使網格劃分時鋼筋節點與混凝土節點本身為共節點，那么就要求幾何上鋼筋線（Line）本身就是混凝土體（Volume）體內的線，這也是“共節點”的基本操作思路。下圖可以很好地幫助理解其原理：
02 案例分析
仍然是如下圖所示的一根鋼筋混凝土梁，使用共節點的分離式建模方法模擬，實例詳情可能與真實工程和試驗相比有不合理之處，只借此著重展示共節點的整體式建模操作方法。
鋼筋混凝土梁尺寸簡圖
有限元模型（取1/2對稱結構）示意圖如下，可見通過這種方法可詳細地考慮鋼筋籠的特征。
鋼筋混凝土梁模型示意圖
體現在實際操作中，核心的命令流是靈活使用工作平面變換（WP系列命令）、切割（VSBW）操作切割出鋼筋線，并用LATT命令對不同的鋼筋線進行賦值。
展開 ansys workbench鋼筋混凝土建模方法
3、 MISO或BISO模型（SOLID65單元）以Willam-Warnke理論為主，可考慮混凝土開裂和壓碎行為，可采用分離模型和整體式模型，為鋼筋混凝土結構的分析提供了手段，比較老牌的方法，比較靠譜。但該單元計算分析的收斂問題很讓人頭痛，尤其在荷載-位移曲線水平段和下降段時。只支持與link180單元一同使用，鋼筋與混凝土單元需要共節點，因此復雜結構，網格劃分存在一些難度。
4、粘結滑移的模擬，鋼筋采用link單元，混凝土采用solid185單元，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，難度在于本構。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，若研究課題中，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。本文不提及，有興趣的可以交流。
展開 
ANSYS鋼筋混凝土（三）分離式建模（粘結滑移）
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）
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。
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。
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。
鋼筋混凝土梁尺寸簡圖
有限元模型示意圖如下：
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）
!
展開 ANSYS WORKBENCH鋼筋混凝土立柱偏心受壓模擬（文末附模型文件）
Solid65+Link單元，采用CEINTF方程耦合鋼筋與混凝土節點，可應用于任何類型的鋼筋混凝土元件，包括鋼筋混凝土柱。
唯一的例外是，由于約束方程的限制，該方法不適合涉及非常大變形的問題。例如，預測非常細長的柱的非線性屈曲強度。非常細長的柱的撓度（在本例中為橫向撓度）在其最大強度下可能非常高。此方法中的荷載-撓度曲線，在載荷開始時撓度較小時仍然是準確的，但當（橫向）撓度變高時可能會顯著偏離實驗室結果。
在現實生活中的鋼筋混凝土問題中，高撓度區域（此方法）的不準確性可以被認為是無關緊要的。因為在細長柱的橫向撓度變大之前很久，使用極限狀態就將主導設計。
因此，只要結構設計師根據實踐規范遵循極限狀態和使用極限狀態，該工作流程仍然適用于現實結構問題中的細長柱。然而，如果目標是在實驗室中準確預測非常細長的柱的載荷-撓度曲線，則約束方程不適用于這種情況。相反，使用傳統的節點合并將混凝土和鋼筋連接在一起，這需要更長的時間來準備有限元模型。
后臺回復關鍵詞，獲取模型文件：ANSYS WORKBENCH鋼筋混凝土立柱偏心受壓模擬
視頻網址：https://www.bilibili.com/video/BV1xc411x785/?vd_source=e17686e9196d8cab671e3cabcd549dd6
展開 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。
展開 基于ABAQUS的鋼筋混凝土梁的剛度分析
01.avi
鋼筋混凝土結構是目前土木工程中應用最為廣泛的結構形式。鋼筋混凝土是由兩種性質不同的材料——— 混凝土與鋼筋組合而成, 其性質復雜, 材料非線性與幾何非線性常同時存在, 用傳統的解析方法來分析與描述則非常困難。然而, 近幾十年來隨著電子計算機技術的飛速發展與非線性有限元理論的日臻完善, 有限元作為一個強有力的數值分析工具, 在鋼筋混凝土非線性分析中顯示出越來越強大的實用性、可行性與方便性。
ABAQUS 是一套功能強大的工程模擬的有限元軟件，其解決問題的范圍從相對簡單的線性分析到許多復雜的非線性問題。 ABAQUS 包括一個豐富的、可模擬任意幾何形狀的單元庫。并擁有各種類型的材料模型庫，可以模擬典型工程材料的性能，其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復合材料、鋼筋混凝土、可壓縮超彈性泡沫材料以及土壤和巖石等地質材料，作為通用的模擬工具， ABAQUS 除了能解決大量結構（應力 / 位移）問題，還可以模擬其他工程領域的許多問題，例如熱傳導、質量擴散、熱電耦合分析、聲學分析、巖土力學分析（流體滲透 / 應力耦合分析）及壓電介質分析。
本文采用ABAQUS簡單搭建鋼筋混凝土結構有限元模型，解決工程實際問題。本文對某鋼筋混凝土模型進行模擬，采用實體單元（混凝土）與Beam單元（鋼筋）相結合的方式進行模擬。首先導入模型，劃分實體網格和一維梁單元。建立材料和截面，分為實體和一維梁單元。然后將材料賦予個模型，進行網格劃分。然后加載，簡支梁模型，約束兩端下部，在上部施加均勻壓力。最后求解計算。
由結果處理可知，鋼筋混凝土梁的最大位移為2.55cm，可以達到模擬效果。ABQUS可以有效模擬鋼筋混凝土模型，對工程實際有很大的參考指導意義。
展開 基于Abaqus的三種鋼筋混凝土梁數值模擬對比研究
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，梁下部會產生拉應力，上部產生壓應力，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承擔拉力，而梁的受壓區也能夠繼續承擔壓力，二者協同工作，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。
圖1(a) 素混凝土簡支梁示意圖
圖1 (b) 鋼筋混凝土簡支梁示意圖
就Abaqus而言，很多使用者對于鋼筋混凝土梁的數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。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?？v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。
圖2混凝土梁有限元模型
根據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。
展開 ABAQUS中定義混凝土的塑性損傷本構、鋼筋和混凝土之間的粘接滑移，模擬拉拔鋼筋時受拉短柱的應力分布 ￥50
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ANSYS鋼筋混凝土建模方法概述
利用大型通用有限元軟件ANSYS進行鋼筋混凝土結構的建模、計算分析、結果處理是目前針對鋼筋混凝土進行數值模擬的重要步驟。如何采用ANSYS進行鋼筋混凝土建模，能否把握有限元模型的可行性、合理性是將有限元理論應用到實際工程中較為關鍵的一環。
按照目前在建模中對鋼筋的處理方式，ANSYS鋼筋混凝土建模方法主要分為三種：整體式、分離式以及組合式，每種方法都具有不同的建模特點，現略做總結如下。
一、整體式建模
ANSYS采用Solid65單元來模擬混凝土,所謂整體式建模也即是在建模過程中，通過對65單元進行實常數的設置來考慮鋼筋對混凝土結構的作用。這種方法將鋼筋彌散于整個單元中，并視單元為連續均勻材料。與其他方法比較，整體式建模的單元剛度矩陣綜合了鋼筋和混凝土單元的剛度矩陣，并且是一次性求得綜合的剛度矩陣。
因此，在采用整體建模方法時，在建模之前，應首先求得單元各個方向的配筋率，并設置實常數，一般適用于體量較大，配筋比較規整的鋼筋混凝土結構。整體式建模所得計算結果對比實驗來講，其計算的開裂荷載誤差較小，但開裂荷載后的整體荷載位移曲線與實驗相比誤差較大。但采用整體建模方法的主要好處是能有效避免因為單元細分導致的應力奇異問題，有利于提高整體計算的收斂性性能。
二、分離式建模
與整體式建模方法不同，分離式建模是指在建模過程中，考慮鋼筋與混凝土的相互作用，分別選用不同的單元來模擬鋼筋和混凝土。一般而言，鋼筋采用線單元link8模擬，混凝土選用配筋率為0的素混凝土Solid65單元模擬。
由于采用不同單元建模，如果認為結構在受外部荷載作用時，鋼筋與混凝土在相互約束情況下會產生相對滑移，這時可以在鋼筋與混凝土之間添加粘結單元來模擬鋼筋與混凝土之間的粘結與滑移，一般采用非線性彈簧conbin39。
展開 
鋼筋混凝土梁三點彎曲模擬ANSYS/ls-dyna ￥5
對于鋼筋混凝土梁三點彎曲模型而言，整體模型較為簡便，可直接通過ls-prepost生成混凝土梁及鋼筋（分離式或共節點）。
主要技術參數是通過BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_RIGID來控制鋼板的強制位移來使混凝土梁充分受力，同時也需要對支撐板與梁之間的接觸進行合理設置。
其他主要關鍵字如下：
*CONTROL_TERMINATION
*DATABASE_BINARY_D3PLOT
*DATABASE_FORMAT
*DATABASE_EXTENT_BINARY
*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_RIGID
*CONTACT_ERODING_SURFACE_TO_SURFACE
*CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE
鋼筋受力云圖如下所示：
展開 LS-DYNA | 爆轟加載鋼筋混凝土
| 鋼筋混凝土抗爆的數值模擬
LS-DYNA | 鉆地彈侵徹混凝土
LS-DYNA | 鉆地彈+侵徹爆炸戰斗部
LS-DYNA | 爆炸與沖擊
LS-DYNA | 戰斗部侵徹橋梁的數值模擬
爆炸與沖擊 | 分享一些我最近做的案例
爆炸沖擊算例
爆轟加載
LS-DYNA | 炸藥空爆下發生的馬赫反射
LS-DYNA | 考慮后燃效應的空氣中爆炸沖擊波
LS-DYNA | 馬赫反射的數值模擬
LS-DYNA | 炸藥驅動飛片
LS-DYNA | 施加載荷
LS-DYNA | 內彈道彈丸發射
LS-DYNA | 裂紋的模擬效果
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LS-DYNA | 淺水爆炸&&數值模擬
LS-DYNA | 多孔結構對沖擊波的衰減
水流沖擊相關
LS-DYNA | 水箱晃動及流固耦合注意事項
LS-DYNA | 磨料水射流破巖
LS-DYNA | 模擬水的浮力
LS-DYNA | 連綿不斷的水射流
LS-DYNA | 破片侵徹充液容器的數值模擬
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Python | 破片戰斗部對某導彈陣地的毀傷效果
LS-DYNA | 使用Python批量輔助LS-DYNA的結構設計
PyQt | 戰斗部毀傷效能評估軟件的設計與開發
爬蟲+游戲 | Mathematica有趣實例
展開 ABAQUS模擬鋼筋混凝土單向板
哪位大神有這個問題的模擬實例，自己做做不出來，老不收斂，跪求
鋼筋混凝土特點及其原理 附鋼筋混凝土原理過鎮海文檔下載
鋼筋混凝土是當下最流行的建筑結構，無論是我們的房屋現澆鋼筋混凝土，還是大型建筑物，接下來我們就通過下面的內容，來看看鋼筋混凝土的相關內容介紹。
鋼筋
混凝土怎么樣
鋼筋混凝土中的受力筋含量通常很少，從占構件截面面積的1%（多見于梁板）至6%（多見于柱）不等。鋼筋的截面為圓型。在美國從0.25至1英尺，每級1/8英尺遞增；在歐洲從8至30毫米，每級2毫米遞增；在中國大陸從3至40毫米，共分為19等。
在美國，根據鋼筋中含碳量，分成40鋼與60鋼兩種。后者含碳量更高，且強度和剛度較高，但難于彎曲。在腐蝕環境中，電鍍、外涂環氧樹脂、和不銹鋼材質的鋼筋亦有使用。
鋼筋
混凝土特點
混凝土是水泥（通常硅酸鹽水泥）與骨料的混合物。當加入一定量水分的時候，水泥水化形成微觀不透明晶格結構從而包裹和結合骨料成為整體結構。通常混凝土結構擁有較強的抗壓強度（大約3，000磅/平方英寸，35MPa）。
但是混凝土的抗拉強度較低，通常只有抗壓強度的十分之一左右，任何顯著的拉彎作用都會使其微觀晶格結構開裂和分離從而導致結構的破壞。而絕大多數結構構件內部都有受拉應力作用的需求，故未加鋼筋的混凝土極少被單獨使用于工程。
鋼筋
混凝土原理
鋼筋混凝土之所以可以共同工作是由它自身的材料性質決定的。首先鋼筋與混凝土有著近似相同的線膨脹系數，不會由環境不同產生過大的應力。其次鋼筋與混凝土之間有良好的粘結力，有時鋼筋的表面也被加工成有間隔的肋條（稱為變形鋼筋）來提高混凝土與鋼筋之間的機械咬合，當此仍不足以傳遞鋼筋與混凝土之間的拉力時，通常將鋼筋的端部彎起180 度彎鉤。
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