鋼筋混凝土梁受壓區(qū)溫度裂縫分析與ansys仿真模擬

1、鋼筋混凝土梁受壓區(qū)溫度裂縫分析與ANSYS仿真模擬摘要：利用大型有限元分析軟件ANSYS中的三維實(shí)體單元Solid65對鋼筋混凝土梁進(jìn)行熱―結(jié)構(gòu)耦合分析，模擬高溫環(huán)境中預(yù)埋地腳螺栓對混凝土受熱膨脹產(chǎn)生的約束作用。計(jì)算結(jié)果顯示，混凝土構(gòu)件自身由于溫度變化而產(chǎn)生的變形在受到外來阻力約束時，會導(dǎo)致混凝土裂縫的出現(xiàn)。關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土；溫度應(yīng)力；裂縫；非線性有限元；仿真中圖分類：TU378文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：一般來說，不同季節(jié)和不同時間環(huán)境

2、溫度改變都會給材料帶來“熱脹冷縮”現(xiàn)象。這種因?yàn)闇囟茸兓共牧袭a(chǎn)生的應(yīng)力為溫度應(yīng)力。對于室內(nèi)環(huán)境溫度較高或室外需要露天工作的混凝土構(gòu)件，其溫度變化較大所以產(chǎn)生的溫度應(yīng)力也較大，而這種溫度應(yīng)力對構(gòu)件帶來影響往往也是不可忽視的。由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的性質(zhì)復(fù)雜，材料非線性與幾何非線性常同時存在，所以用傳統(tǒng)的方法來分析和描述這種溫度應(yīng)力產(chǎn)生的變形則難度非常大[1]。隨著計(jì)算機(jī)處理能力的不斷增強(qiáng)以及非線性有限元方法的日臻完善，有限元作為一個強(qiáng)有力的

3、數(shù)值分析工具，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析中正顯示著越來越大的實(shí)用性和方便性[2]。目前，可以利用比較完善的特種單元來近似模擬混凝土或鋼筋混凝土材料，在大型通用有限元軟件ANSYS中，Solid65單元常被用來模擬鋼筋混凝土等抗壓能力遠(yuǎn)大于此過程中大直徑預(yù)埋螺栓在混凝土受壓區(qū)內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力作用，從而限制了混凝土熱膨脹的發(fā)展，所以可能導(dǎo)致溫度裂縫的出現(xiàn)。以下就利用有限元分析軟件ANSYS模擬此梁的受力情況.驗(yàn)證溫度因素對該梁裂縫的產(chǎn)生影響。圖1

4、：預(yù)埋螺栓及裂縫位置示意2ANSYS模擬2.1建模目前常用的鋼筋混凝土有限元有三種基本模型，一種是把鋼筋和混凝土各自劃分為足夠小的單元，兩者之間的粘結(jié)和滑移則用聯(lián)結(jié)單元來模擬，稱為分離式模型；第二種是把鋼筋和混凝土包含在一個單元中，分別計(jì)算鋼筋和混凝土對單元剛度矩陣的貢獻(xiàn)，稱為組合式模型；第三種也是把鋼筋和混凝土包含在一個單元之中，但它是統(tǒng)一考慮鋼筋和混凝土的作用，稱為整體式模型。本模型選用ANSYS中的Solid65號單元（見圖2）。

5、該單元為8節(jié)點(diǎn)單元，單元的每個節(jié)點(diǎn)有三個方向的自由度(UxUyUz)主要用于三維模擬和鋼筋混凝土建模。該單元可以在受拉時達(dá)到一定的強(qiáng)度后發(fā)生開裂現(xiàn)象，而當(dāng)單元承受的壓應(yīng)力超過其抗壓強(qiáng)度時單元會被壓碎，單元的抗拉，抗壓的強(qiáng)度值可以在單元實(shí)體特性的材料性能表中定義。另外，Solid65號混凝土單元至少可以定義三種不同規(guī)格的鋼筋，除了增加特別的斷裂和壓碎功能外，最重要的方面是對非線性材料性質(zhì)的處理，應(yīng)用此單元所建立的混凝土模型具有斷裂(沿三個