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(shù)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(huán)。
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(xiàn)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(shù)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(xù)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(shù),一般適用于體量較大,配筋比較規(guī)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。如果認為兩者之間連接緊密,不會出現(xiàn)滑移,可視為剛性連接,只需通過合并節(jié)點即可,也即是相當于兩者節(jié)點耦合。
從上述表述可見,分離式模型可以揭示鋼筋與混凝土之間相互作用的微觀機理,而這也是整體式模型無法做到的。因此在需要對結構構件內的微觀機理分析時,應采用分離式模型。但同時也可預見,由于要分別建立鋼筋模型以及混凝土模型,在前期建模時工作量較大。同時,因為在建模時需要劃分出鋼筋線,很容易導致在網格劃分時單元形狀的嚴重扭曲,從而加大了在非線性計算過程中應力奇異現(xiàn)象出現(xiàn)的概率,整個結構計算收斂性較差。
三、組合式建模
組合式建模綜合了整體式建模與分離式建模的建模特點,在實際工程中相比而言更具有操作性。所謂組合式建模也即是當存在形狀復雜鋼筋線或者預應力鋼筋或者有特殊材料制作的鋼筋時,對這部分特殊鋼筋采用分離式建模,對其他普通鋼筋則采用整體式建模。
該種方法相比其他方法來講在可以探討特殊鋼筋的微觀機理時,工作量適中,同時整體結構計算的收斂性性能也大為改善。
綜上所述,在實際操作中,如果結構體量較大,配筋比較規(guī)整,則可以考慮采用整體建模;如果結構體量較小,劃分鋼筋線工作量較小或者存在特殊鋼筋時,可以考慮采用分離式建模;如果這兩種情況皆有,則可以考慮采用組合式的建模。
如果朋友們在進行鋼筋混凝土非線性計算時,屢次出現(xiàn)收斂困難,而調整參數(shù)又無多大改善時,是否可以考慮換一種建模方式呢?
解決方案推薦:鋼筋建模
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