钢筋混凝土的弹性模量怎么算

王家肉肉农场（评论里留言优先回赞 2024-05-23 15:39:47

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(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solid 65，进入ansys主菜单preprocessor->element type->add/edit/delete，选择添加solid 65号混凝土单元。(2) 点击element types窗口中的options，设定stress relax after cracking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solid 65单元中的配筋情况。进入ansys主菜单preprocessor-> real constants->add/edit/delete，添加实参数类型1与solid 65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-> material props-> material models，在define material model beh**ior 窗口中选择structural-> linear -> elastic-> **otropic，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von m**es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define material model beh**ior 窗口中选择structural-> nonlinear-> inelastic-> rate independent-> **otropic hardening plasticity-> m**es plasticity-> 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define material model beh**ior 窗口中选择structural-> nonlinear-> inelastic-> non-metal plasticity-> 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define material model beh**ior窗口菜单中选择material-> new，加入新的材料。添加以下属性：structural->linear->elastic->**otropic，设定材料的弹性模量为2×109，泊松比为0.27。。进入structural-> nonlinear->inelastic-> rate independent->**otropic hardening plasticity->m**es plasticity->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-> in active cs，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-> through kps，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-> by xyz offset，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-> mesh attributes-> picked volumes，选择volume 1（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volume 2，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-> size cntrls-> manual size-> global-> size，设定单元最大尺寸为0.2。(17) 进入ansys主菜单preprocessor-> meshing-> volumes-> mapped-> 4 to 6 sided，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-> analys** type-> new analys**，设定分析类型为static。进入ansys主菜单solution-> analys** type-> sol'n controls，在solution controls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solution controls窗口的nonlinear页面设置always iteration to 25 equilibrium iterations，避免不必要的荷载步长折减。点击set convergence criteria，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-> define loads-> apply-> structural-> d**placement-> on nodes，选择node 3、35、16、48，添加y方向位移约束。选择node 35，约束所有自由度，选择node 48，约束z方向自由度。(21) 下面输入荷载。进入ansys主菜单solution-> define loads-> apply-> structural-> d**placement-> on nodes，选择node 75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-> current ls，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timeh**t postproc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->device options，在device options窗口中设置vector model (wireframe)为on。进入ansys主菜单general postproc->plot results->concrete plot-> crack crush，得到结构最终混凝土裂缝分布如 20210311

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