关键词：ansys ls-dyna；SolidWorks；hypermesh；仿真模拟
1.钢筋混凝土模型建立的概况
在我们日常用ANSYS进行数值模拟时，经常会遇到钢筋混凝土结构。要满足工程实际情况，更加真实地反映真实地工效果。就需要我们正确的建立钢筋混凝土模型，这是关键的第一步。
2.SolidWorks
SolidWorks是建立钢筋混凝土模型的最简单的三维模型建立的工具。当我们进行复杂模型的建立时，ansys自带的建模界面并不符合国人的建模习惯，也不简便，而SolidWorks的中文界面和强大的建模程序，可以大大降低工作量节省很多的时间。并且，导入ansys中后可以完美结合。并不会出现什么错误。
3.Hypermesh
当我们用ANSYS软件进行网格划分时，会出现各种小问题，对于复杂模型特别是钢筋混凝土模型划分是十分不利的。Hypermesh软件的强大的划分网格的功能就可以弥补这个缺陷。
4.三个软件的联合应用
我们首先用SolidWorks软件进行钢筋混凝土模型的建立，然后倒入hypermesh中进行网格划分及材料模型定义，边界条件的设立，荷载的施加等等。最后导入ansys ls-dyna求解器进行求解。这三者的联合使用是目前最方便快捷的方法。
ANSYS分析流程图
5.钢筋混凝土结构有限元模型
根据钢筋的处理方法，钢筋混凝土有限元模型主要分为三种类型，即分离，整体和组合模型。
5.1分离模型
分离的模型将混凝土和钢筋视为不同的单位，即将混凝土和钢筋分为足够小的单位，并分别求解两者的刚度矩阵。作为细长材料，通常可以忽略横向剪切强度并将其视为线性元素。可以在钢筋和混凝土之间插入粘结元素，以模拟钢筋和混凝土之间的粘结和滑移。通常，钢筋混凝土结构中存在裂缝，裂缝不可避免地会导致钢筋和混凝土的不协调变形，也就是说，会发生粘结破坏和滑移，因此该模型得到了最广泛的应用。
5.2整体模型
该模型假定良好的整体键混凝土和钢材，和加固整个单元分配，并且该单元被认为是一个连续的均匀的材料。增强复合材料的结合混凝土和钢材的贡献混凝土的本构关系。立即获得一个集成元件的刚度矩阵。其优点是分析和建模方便的高效率，但缺点是不能适用于分布不均匀强化区，强化很难获得内力。它主要用于大量钢筋和部件，如剪力墙或地板结构的相对均匀的分布。
5.3组合模型
组合模型假定在整个结构的恒定均匀分布，并且假定在混凝土和钢筋有良好的粘附性之间，并且没有滑动。组合模型被分为两种：一种是层状组合物，成许多层和混凝土加强层的横截面的层，和应变作出某些假设的横截面。这样的组合物和用于钢筋混凝土壳体板结构的方法。当推导单元刚度矩阵时，获得各个单元刚度然后进行组合。对于ANSYS中钢筋混凝土的非线性分析，最常用的是单独的模型：混凝土（SOLID65元素）+钢筋（LINK元素或PIPE元素）。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆可以认为混凝土与钢的粘结性良好。如果要考虑附着力和滑移，可以引入弹簧元件进行仿真。如果困难，您也可以使用积分模型（带肋的SOLID65）。
一般的钢筋混凝土结构，钢筋和混凝土应该是结合成一体的，因此，分析模型最好也是做成一个整体，不要采用分离式结构。
在几何建模时，应该将钢筋也一起建模。钢筋通常用线段代表，混凝土则使用体积建模。然后用代表钢筋的线段组合为若干面 (areas)，再使用这些面将代表混凝土的体积切割为若干小体积，然后使用体单元对混凝土体积划分体单元；使用梁单元对钢筋线段划分梁单元。这样，钢筋和混凝土就有公共节点，自动连接成为一个整体，不必再考虑它们的耦合。
如果你采用分离式模型，即钢筋与混凝土分别建模，那么在分别划分网格后，钢筋和混凝土将会有各自的节点，一般来说不会是公共节点，因而二者不会连成一个完整的结构。这种情况，可以使用节点耦合或约束方程将两种单元的节点连接到一起，使它们成为一个整体。不过，对你的结构来说，由于钢筋或混凝土都有很多节点，需要建立大量节点耦合或约束方程，会遇到很大困难，也很容易出错且不易改正，而且后续求解的时间也会大量增加，所以不建议这样做。
6.钢筋混凝土非线性有限元求解注意事项
6.1 混凝土各参数的设定
在ANSYS中,混凝土材料采用tb, concr, matnum则只是定义了W-W破坏准则和缺省的本构关系,而非屈服准则。W-W破坏准则是用于检验混凝土开裂和压碎用的,而混凝土的塑性可以另外考虑。如果仅仅只是定义了混凝土的破坏准则,则混凝土开裂和压碎前均为线性的应力应变关系,而开裂和压碎后采用其给出的本构关系。此时,混凝土材料需要输入9个参数:裂缝开裂时剪切传递系数（ShrCf-Op）、裂缝闭合时剪切传递系数（ShrCf-C1）、单轴抗拉强度(UnTensSt)、单轴抗压强度(UnCompSt)、双轴抗压强度(BiCompSt)、静水压力(HydroPrs)、静水压力下双轴极限抗压强度(BiCompSt)、静水压力下单轴极限抗压强度(UnTensSt)及断裂时拉应力折减系数(Ten-CrFac)。其中,张开裂缝剪切传递系数的取值:一般梁取0.5,深梁取0.25。闭合裂缝的剪切传递系数取值范围为0.9~1.0。前4个参数必须输入,第5~8个可以不输入,
但如果输入其中一个就要全部输入。最后一个参数程序默认值为016,在计算中可根据程序的收敛情况适当调整以加速收敛。当混凝土的单轴抗压强度设为-1时,不考虑混凝土的压碎。在实际求解分析时,一般还要用tb, miso定义混凝土的应力应变关系,以确定屈服准则、流动准则、硬化准则等。
7.总结
对于复杂的钢筋混凝土结构，最好采用上述介绍的三个软件的配合使用。尽可能的简化数值模拟步骤，精确模拟结果。本论文的研究成果对今后烟囱拆除爆破的参数确定具有重要的理论参考意义和实际使用价值，因地制宜选取较为科学合理的爆破参数，能够提高拆除爆破施工的安全，最大程度的降低对周围建筑物的振动影响，具有一定的工程应用价值。
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论文作者:史卓金
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第38卷第18期
论文发表时间:2020/1/14
标签：混凝土论文; 钢筋论文; 模型论文; 钢筋混凝土论文; 组合论文; 建模论文; 抗压强度论文; 《建筑实践》2019年第38卷第18期论文;