钢筋混凝土弹性模量计算方法_精品文档.doc

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钢筋混凝土弹性模量计算方法

（1）首先建立有限元模型，这里我们选用ANSYS软件自带的专门针对混凝土的单元类型Solid65，进入ANSYS主菜单Preprocessor->ElementType->Add/Edit/Delete，选择添加Solid65号混凝土单元。

（2）点击Elementtypes窗口中的Options，设定Stressrelaxaftercracking为Include，即考虑混凝土开裂后的应力软化行为，这样在很多时候都可以提高计算的收敛效率。

（3）下面我们要通过实参数来设置Solid65单元中的配筋情况。

进入ANSYS主菜单Preprocessor->RealConstants->Add/Edit/Delete，添加实参数类型1与Solid65单元相关，输入钢筋的材料属性为2号材料，但不输入钢筋面积，即这类实参数是素混凝土的配筋情况。

（4）再添加第二个实参数，输入X方向配筋为0.05，即X方向的体积配筋率为5%。

（5）下面输入混凝土的材料属性。

混凝土的材料属性比较复杂，其力学属性部分一般由以下3部分组成：

基本属性，包括弹性模量和泊松比；本构关系，定义等效应力应变行为；破坏准则，定义开裂强度和压碎强度。

下面分别介绍如下。

（6）首先进入ANSYS主菜单Preprocessor->MaterialProps->MaterialModels，在DefineMaterialModelBehavior窗口中选择Structural->Linear->Elastic->Isotropic，输入弹性模量和泊松比分别为30e9和0.2

（7）下面输入混凝土的等效应力应变关系，这里我们选择vonMises屈服面，该屈服面对于二维受力的混凝土而言精度还是可以接受的。

在DefineMaterialModelBehavior窗口中选择Structural->Nonlinear->Inelastic->RateIndependent->IsotropicHardeningPlasticity->MisesPlasticity->Multilinear，输入混凝土的等效应力应变曲线如下图所示。

（8）最后输入混凝土的破坏准则，在DefineMaterialModelBehavior窗口中选择Structural->Nonlinear->Inelastic->Non-metalPlasticity->Concrete，设定混凝土的裂缝张开剪力传递系数为0.5，裂缝闭合剪力传递系数为0.9，混凝土的单轴抗拉强度为3e6，单轴抗压强度为30e6，开裂软化参数为1，其他空着使用默认值。

其参数具体意义参见《混凝土结构有限元分析》一书。

（9）接着还要定义钢筋材料性质。

在DefineMaterialModelBehavior窗口菜单中选择Material->New，加入新的材料。

添加以下属性：

Structural->Linear->Elastic->Isotropic，设定材料的弹性模量为2×109，泊松比为0.27。

。

进入Structural->Nonlinear->Inelastic->RateIndependent->IsotropicHardeningPlasticity->MisesPlasticity->Bilinear，设定屈服强度为310e6,屈服后的切线模量为2e9。

（10）下面开始建立几何模型，进入ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Create->Keypoints->InActiveCS，输入以下两个关键点坐标（0,0,0）和（3,0,0）

（11）进入ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Copy->Keypoints，选择刚才建立的两个关键点，延Y轴方向复制0.05，然后再次选择初次建立的关键点，延Y轴方向复制0.5。

（12）进入ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Create->Area->Arbitrary->ThroughKPs，选择关键点1,2,4,3，建立第一个面，选择关键点3,4,6,5，建立第二个面

（13）进入ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Operate->Extrude->Areas->ByXYZOffset，选择刚才建立的两个面，设定拉伸的高度为Z方向，距离为0.2，拉伸。

完成几何形体建模工作。

得到的几何体如图所示。

（14）完成几何建模后下面要开始进行网格划分。

首先指定几何体的物理属性。

进入ANSYS主菜单Preprocessor->Meshing->MeshAttributes->PickedVolumes，选择Volume1（相对小一些的那个），设定物理属性如下，注意此时的实参数为配筋混凝土。

（15）同样选择Volume2，设定其物理属性如图，注意此时的实参数为素混凝土。

（16）下面进入ANSYS主菜单Preprocessor->Meshing->SizeCntrls->ManualSize->Global->Size，设定单元最大尺寸为0.2。

（17）进入ANSYS主菜单Preprocessor->Meshing->Volumes->Mapped->4to6sided，选择所有的实体，完成网格划分。

（18）完成建模后就可以进入求解步骤。

进入ANSYS主菜单Solution->AnalysisType->NewAnalysis，设定分析类型为Static。

进入ANSYS主菜单Solution->AnalysisType->Sol'nControls，在SolutionControls的Basic页面设置预期分析子步数为20步，最小步数为20步，每步都输出结果。

（19）在SolutionControls窗口的Nonlinear页面设置Alwaysiterationto25equilibriumiterations，避免不必要的荷载步长折减。

点击Setconvergencecriteria，设定收敛标准为力的二范数，误差容限为0.02。

（20）进入ANSYS主菜单Solution->DefineLoads->Apply->Structural->Displacement->OnNodes，选择Node3、35、16、48，添加Y方向位移约束。

选择Node35，约束所有自由度，选择Node48，约束Z方向自由度。

（21）下面输入荷载。

进入ANSYS主菜单Solution->DefineLoads->Apply->Structural->Displacement->OnNodes，选择Node75和123，添加Y方向位移荷载，大小为-0.01。

（22）进入ANSYS主菜单Solution->Solve->CurrentLS，求解当前荷载工况。

中间会出现两次警告信息，点击继续执行（Proceed）

（23）进入ANSYS主菜单TimeHistPostproc时程后处理器，添加时程变量节点75的Y方向位移和Y方向反力。

选择用节点75的Y方向位移为横坐标，绘制Y方向反力。

得到荷载位移曲线如图。

（24）选择ANSYS顶部菜单PlotCtrls->DeviceOptions，在DeviceOptions窗口中设置Vectormodel（wireframe）为On。

进入ANSYS主菜单GeneralPostproc->PlotResults->ConcretePlot->CrackCrush，得到结构最终混凝土裂缝分布如