钢筋混凝土简支梁的非线性分析

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发布时间：2021-09-13

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钢筋混凝土简支梁的非线性分析
蒋欢军白努特
(同济大学土木工程学院结构工程与防灾研究所，上海 200092)
【摘要] 采用一种有限元分析程序(如Ansys，Abaqus，ADINA，MSC．MARC等)，模拟钢筋混凝土简支梁受力过程
(构件尺寸／材料／支座／加载等信息自定，或引用文献)，计算得到其力一位移关系曲线。着重讨论了
ANSYS在混凝土构件全过程分析中混凝土材料的单元选择，材料特性，破坏准则等方面。说明只要合理选
择单元类型，划分网格等，就能够得出比较准确的非线性特性曲线，从而达到以计算分析代替部分试验
目的。
[关键词] 本构模型；强度准则；网格划分；单元类型
[中图分类号] TU375．1 [文献标志码] A [文章编号] 1001—523X(2011)07．0007—04
NoNLINEAR ANALYSIS OF A REINFORCED CONCRETE BEAM
[Abstract]
[Keywords]
Jiang Huan—jun Benoit Doumia
Using a finite element analysis program such as Ansys，Abaqus，ADINA ，MSC．MARC，etc．，in simulation of force
analysis procedures in reinforced concrete beam in due respect to sizes，materials，load bearing，restraints，ete．
required in calculating the force—displacement curve．Ansys software focused on the whole process in reinforced
concrete structural analysis in selection of units，material properties，failure criteria，etc．that is a reasonable choice
in element type，meshing，able to draw more accurate nonlinear characteristic curve，SO as to reduce design costs，
shorten the design and analysis duration，increase in the reliability of products and engineering procedures．
material constitutive model；strength criterion；meshing generation；element type
过去长期以来，人们对钢筋混凝土结构的研究大都是靠
大量试验所得的经验公式来进行计算和设计的，这不仅过程
繁琐复杂，需要大量人力物力，而且也只能得到部分试验数
据。随着有限元法和计算机技术的不断发展，大型通用有限
元程序完全可以弥补传统方法的不足。应用有限元软件
ANSYS可以实现对钢筋混凝土结构的非线性有限元分析，并
且能得到工程上较为理想的计算结果。本文对一钢筋混凝
土简支梁在跨中三分点处加载的受力情况进行了ANSYS非
线性有限元分析并与试验结果进行了对比，以便说明钢筋混
凝土构件的非线性分析的准确性。
1 材料本构关系
混凝土的本构关系可以分为线性弹性、非线性弹性、弹
塑性及其他力学理论。根据混凝土单轴受压的实验研究结
果，混凝土的应力未达到其强度极限以前，应力应变关系的
非线性关系主要受塑性变形的影响，这可以用屈服面的理论
来解释；而在应力应变曲线的下降段，混凝土的非线性关系
收稿日期：2011—04—15
作者简介：蒋欢军(1982．)，男，浙江诸暨人，上海同济大学结构工程
与防灾研究所，博士生指导教师。
主要受混凝土内部微断裂的影响，表现为损伤断裂的关系，
可以用破坏准则来评判。在本次ANSYS混凝土构件非线性
分析中，用TB，CONCER，MATNUM 定义检验混凝土开裂和
压碎用的五参数的William—Warnke强度准则，而用TB，
MISO定义混凝土的应力应变关系以确定屈服准则、流动法
则、硬化法则等。双线性等向强化模型BISO是使用多线性
关系表示使用Von Mises屈服准则的等向强化的应力一应变
关系，它适用于按比例加载的情况和大应变问题的分析。
钢筋混凝土中的钢筋作为一种金属材料，其力学模型相
对比较容易把握。在有限元计算分析中，通常把钢筋应力一
应变关系曲线简化成双折线形式，因此在ANSYS中钢筋可
以选择经典双线性随动强化模型(BKIN)和双线性等向强化
模型(BISO)。经典的双线性随动强化模型(BKIN)使用一个
双线性关系表示应力一应变曲线，由于使用了随动强化
VonMises屈服准则，所以包含有鲍辛格效应，该模型适用于
各向同性材料的小应变问题；而双线性等向强化模型
(BISO)一般适用于初始各向同性材料的大应变问题。本次
ANSYS有限元分析中钢筋的本构模型所采用的是经典双线
性等向强化模型(BISO)。