ANSYS-钢筋混凝土柱在集中力作用下ANSYS建模求解分析步骤与过程.docx

柱承受集中力下的应力集中概念理解第二次作业 规格：300mmX400mmX2000mm；端部荷载：240吨，作用在长边中心方向偏离中心100mm处；材料属性：箍筋直径d=10mm，E=2.0E5，v=0.3纵筋直径d=32mm，E=2.1E5，v=0.3混凝土E=3.0E4，v=0.167；钢板厚60mm，E=2.1E5，v=0.3钢筋保护层厚度：25mm；默认单位：长度：mm，应力：MPa，力：N单元类型：混凝土：SOLID45；钢筋：BEAM4；钢板：SHELL63单元类型与编号：1混凝土SOLID452钢筋BEAM43钢板SHELL63材料类型与编号：编号材料Ev1混凝土3.0E40.1672纵筋/钢板2.1E50.33箍筋2.0E50.3实常数编号： 1纵筋截面积：804.252箍筋截面积：78.54 3钢板厚度：60建模：按上述三表完成单元类型，材料属性和实常数的定义后，使用Creat命令创建一300mmX400mmX2000mm的长方体模拟混凝土；至于纵筋和箍筋，采用旋转工作平面进行布尔切割生成；加载时的钢板在网格划分完成后，定义加载面的属性生成。纵筋和箍筋的生成方法如下：1：移动工作平面至相应位置：2：切割（注意切割时选择Pick All，如果没有完全切透，在单元划分时角部单元可能不是规则的六面体单元，甚至不能划分） 切割命令 切割完成 3：划分前属性赋予在定义材料、单元及实常数时默认1号均是混凝土的属性，故在此只需指定纵筋和箍筋的属性，钢板等划分完成后再指定加载面属性，并进行划分。选择箍筋箍筋属性赋予类似的，定义纵筋的属性：材料：2；实常数：1；单元类型：2BEAM44：划分单元，由于钢筋保护层厚度25mm，并且要保证后面施加力时长边偏离中心100mm处有节点，采用全局单元边长25mm。先进行体划分，再分别选出纵筋和箍筋进行线划分，最后选择加载面，赋予属性后，进行面划分。全局单元边长设为25mm进行体、面、线划分时要注意选择 划分钢筋 钢板属性赋予 划分好的钢板5：使用Merge命令把相同的节点重合（划分时已控制好节点是重合的，故不用Merge也可以）6：施加约束和作用力由于在建立钢筋模型时把混凝土切成很多块，其中在加载面上共分为九块，在施加约束时要选中这九个面一起施加固接约束；划分网格时单元边长为25mm，保证了加载位置有节点。施加作用力（可看出钢板单元，以加载面为中心面，上下各30mm厚度显示）约束施加完毕，可看出共需九个约束7：求解 由于划分单元较密，求解时间略微长点。8：结果察看 主要察看混凝土的变形，Z向位移，Z向应力以及钢筋的变形，位移和应力，并通过定义单元表来输出钢筋的LS（轴向应力）、SMISC（不同方向的力和弯矩、NMISC（不同方向的应力）混凝土结果：变形最大变形量7.57mm各向最大位移矢量最大位移：7.57mm；上层位移大于下层；靠近力作用的一层位移大；钢板减少了应力集中，使得位移趋于平缓； Z向应力构件偏心受压，可以看出应力在偏心方向分层；靠近力作用侧钢板与混凝土接触处的边沿出现局部应力集中，范围较小；截面大部分处于受压状态l 判断在弯矩作用下受拉的部位是否出现拉应力：选择弯曲受拉区部分单元，放大显示压力如下：可见，在受拉区已经出现拉应力，但数值较小。l 其他一些结果X向位移 Z向位移钢筋结果：显示钢筋结果时要先通过选择单元类型为BEAM4得到钢筋笼单元，再进行显示操作。钢筋变形和位移可通过Plot Results下命令直接画出，而钢筋的应力则需要通过定义单元表来输出。变形最大变形量7.376mm；比混凝土变形要小，原因是钢筋笼被混凝土包裹在内，离中性轴的距离更近，变形稍小；离力作用点越近，变形越大；整体倾向力作用的方向各向最大位移矢量定义单元表和显示结果的命令定义单元表显示所需的钢筋内力值LS（轴向应力）由于本例中钢筋实常数只给出面积，未输入抗弯参数，相当于不考虑单根钢筋的抗弯作用，故只需输出LS1,或者选择输出LS6即可。SMISC（不同方向的力和弯矩）NMISC（不同方向的应力）定义单元表时分别输入上表中对应的数字，得到需要输出的内容，再通过输出即可得到钢筋的各内力应力值。LS1SMIS1NMIS1l 混凝土与钢筋的协调作用在本例中，混凝土和钢筋单元有相同的节点，进行有限元分析时变形协调，钢筋和混凝土共同工作，在相同点处的应变、位移应是相同的，由于两种材料的弹性模量E是不相同的，故相同位置处钢筋和混凝土的应力不相同，两者相差21/3=7倍。构件中部相同位置钢筋和混凝土位移、应力比较项目位移应力钢筋混凝土通过上表的比较，可以看出：在靠近作用力的一侧，钢筋位移-1.4，混凝土位移最大值-1.5，扣除保护层厚度，则此位置处钢筋和混凝土位移相等；钢筋应力-246，混凝土边沿应力-38.4，扣除保护层的距离，则相同位置处应力的关系就是7倍。在远离作用点一侧，钢筋位移-0.10.06，混凝土位移-0.020.16，考虑保护层影响大