钢筋混凝土弹性模量计算方法.doc

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 Behavior 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von Mises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 Behavior 窗口中选择Structural- Nonlinear- Inelastic- Rate Independent- Isotropic Hardening Plasticity- Mises 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 Behavior 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 Behavior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- Rate Independent-Isotropic Hardening Plasticity-Mises 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- Me