利用有限元分析软件 ANSYS建立一型钢混凝土框架节点模型，对其进行非线性分析，得到其在 设计荷载下的应力状态 ，为设计提供依据。 【关键词】 型钢混凝土；梁柱节点；非线性；ANSYS 【中图分类号】 TU375．4 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864【2010)09—0053—02 型钢混凝土结构是 指在 型钢周 围配置 钢筋 ，并 浇 筑混凝土的结构。梁 柱节点是框架结构 中传力 的重要 部位 ，对保证结构 承载力 和 刚度起 着重要 的作用 。研 究表明 ，型钢混凝 土梁柱 节点在 低周 反复荷 载下有 较 好的刚度和延性 ，可防止节点脆性破坏 ，使节点 区的抗 震性能得到显著 改善 。本文基于大型通用有限元软件 ANSYS，简要介绍钢筋混凝土有限元建模方式及其收 敛控制方 法 ，并 以某 设计 院设计 的一 型钢混凝 土框 架 节点为例 ，对其进行非线性 有限元分析 。 1 非线性分析的收敛控制 利用 ANSYS进行 钢筋混凝土非线性分析时 ，在混 凝土开裂前计算易于 收敛 。但 是当混凝土开裂后 随着 荷载的增大收敛趋于 困难 。影 响钢筋 混凝 土非线性计 算 收敛 的主要 因素 有 ：Solid65单 元 的 KEYOPT选 项 、 网格密度 、子步数 、收敛准则 、求解设 置等。 在进行模 型的网格 划分 时 ，网格 密度会 对分析 的 收敛产生影响。在容易 出现应力集 中的部位要避免过 小单元的 出现。一般而 言 ，混凝 土单元 尺 寸不宜小 于 50ram。并且在 可能 出现 应力集 中的部位 应控 制 网格 密度不宜太大。 在利用 ANSYS进 行钢筋混凝土有 限元计算 时 ，一 般选择力 的收敛准则 而 不 同时使用位 移收敛 准则 ，否 则会 给收 敛带 来 困难 。同 时可 用 CNVTOL命 令 调 整 收敛精度 ，以加速 收敛 减 少计算 时 间。收敛精 度默认 值是 0．1％ ，根据计 算精 度一 般可 放宽 到不超 过 5％ ， 这样将提高收敛速度 。 2 型钢 混凝土框架节 点分析 2．1 节 点概述 该节点位于一 根长 约 18．55m 的型钢混凝 土框支 柱处 ，框 支 柱 18．55m 以 下 部 分 截 面 尺 寸 为 1．8m × 1．6m，18．55m以上部分 截 面尺 寸 2．946mX1．6m。框 支柱 18．55m到 19．2m高度 范 围处 长度 为 1．6m边 的 两侧面连接有截面尺 寸为 1．5mX0．65m两根 弦杆 ，长 度为 2．946m 边 的侧 面 连 接 有 截 面尺 寸 为 0．85m X 0．65m的两根斜 向弦杆 ，如 图 1所 示 (数 字 为杆 件 编 号 )。由于该节 点 的构件 截 面尺 寸 突变 且配 筋 复杂 ， 为确保节点设计 的安 全性 和经 济性 ，应 对 节点钢 筋混 凝土结构进行空间有 限元计算 分析 ，来 深入 了解 结构 在设计荷载下的应力状态 。 2．2 有限元 建模 本文所做计 算关 注 的 问题 是结 构在 给 定荷 载 水 平下的应力水平及应力分布特 征 (所 受荷 载水平 由设 计方提供 )，而非结构的极 限承载 能力 ，因此在建模 时 做 如下假定 ：① 在给定荷 载水平 下钢筋 与混凝 土界 面 始终结 合 良好 ，不产生 粘结破 坏 ；② 考虑在较大荷载作 用下 ，由于材料 非线性 效应所 导致 的应力重分布 ，用弹 塑性材 料模型分别模拟 钢筋 及混 凝土 的非线 性行 为 ； ③框支 柱及 弦杆受 力钢筋 采用分 离式模 型 ，斜 向弦杆 采用整 体式模 型。分 离式模 型 中，结 合有 限元单 元 网 格 的划 分 ，尽可 能以独立 的一维单元模 拟单 根钢筋 ，在 有 限元单元划分 困难 时 ，则 以截面等 效 的原则模 拟多 根钢筋 的综合效果 。 基 于如上假设 ，利用 ANSYS程序建立该节点 的计 算模型 ，混凝土用 Solid65单 元模 拟 ，主要受 力构 件框 支柱及弦杆 中各 受力 钢筋 用 Link8单元 模拟 ，次 要受 力构件斜 向弦杆 中的钢筋 由 Solid65单 元 中的配 筋率 参数按等效弥 散模式模 拟 ，内包 型钢采用 Shell143单 元模 拟。对混 凝土 Solid65单元 ，增大其抗拉强度 以不 考虑其 混凝土开裂 ，并关闭压碎 ，使得计算更易收敛 。 计 算模型 中混凝 土的本 构关 系采用 MISO多线 性 等 向强化模 型 ，钢筋 的本构关 系采 用双线 性等 向强化 模 型 BISO。 2．3 非线性计算分析结果 根据设计方要求 ，非线 性计 算荷 载分 两个水 平方 向的大震及 中震 ，计算荷载 由设计方 根据 SAP软件计 算结果提取 ，荷载直接作用于相应杆件上 ，不再考 虑荷 载组合系数。本文以 Y方 向大震 为例 ，说 明节点 的应 力水 平和应力分布特征。荷载取值 见表 1。梁柱 节点 的非线性计 算结果见图 1～图 4。 从应力云图可知 ，在 Y 向大震 作 用下 ，混 凝 土第

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