利用大型通用有限元軟件ANSYS進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建模、計(jì)算分析、結(jié)果處理是目前針對鋼筋混凝土進(jìn)行數(shù)值模擬的重要步驟。如何采用ANSYS進(jìn)行鋼筋混凝土建模，能否把握有限元模型的可行性、合理性是將有限元理論應(yīng)用到實(shí)際工程中較為關(guān)鍵的一環(huán)。

按照目前在建模中對鋼筋的處理方式，ANSYS鋼筋混凝土建模方法主要分為三種：整體式、分離式以及組合式，每種方法都具有不同的建模特點(diǎn)，現(xiàn)略做總結(jié)如下。

一、整體式建模

ANSYS采用Solid65單元來模擬混凝土,所謂整體式建模也即是在建模過程中，通過對65單元進(jìn)行實(shí)常數(shù)的設(shè)置來考慮鋼筋對混凝土結(jié)構(gòu)的作用。這種方法將鋼筋彌散于整個(gè)單元中，并視單元為連續(xù)均勻材料。與其他方法比較，整體式建模的單元?jiǎng)偠染仃嚲C合了鋼筋和混凝土單元的剛度矩陣，并且是一次性求得綜合的剛度矩陣。

因此，在采用整體建模方法時(shí)，在建模之前，應(yīng)首先求得單元各個(gè)方向的配筋率，并設(shè)置實(shí)常數(shù)，一般適用于體量較大，配筋比較規(guī)整的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。整體式建模所得計(jì)算結(jié)果對比實(shí)驗(yàn)來講，其計(jì)算的開裂荷載誤差較小，但開裂荷載后的整體荷載位移曲線與實(shí)驗(yàn)相比誤差較大。但采用整體建模方法的主要好處是能有效避免因?yàn)閱卧?xì)分導(dǎo)致的應(yīng)力奇異問題，有利于提高整體計(jì)算的收斂性性能。

二、分離式建模

與整體式建模方法不同，分離式建模是指在建模過程中，考慮鋼筋與混凝土的相互作用，分別選用不同的單元來模擬鋼筋和混凝土。一般而言，鋼筋采用線單元link8模擬，混凝土選用配筋率為0的素混凝土Solid65單元模擬。

由于采用不同單元建模，如果認(rèn)為結(jié)構(gòu)在受外部荷載作用時(shí)，鋼筋與混凝土在相互約束情況下會產(chǎn)生相對滑移，這時(shí)可以在鋼筋與混凝土之間添加粘結(jié)單元來模擬鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)與滑移，一般采用非線性彈簧conbin39。如果認(rèn)為兩者之間連接緊密，不會出現(xiàn)滑移，可視為剛性連接，只需通過合并節(jié)點(diǎn)即可，也即是相當(dāng)于兩者節(jié)點(diǎn)耦合。

從上述表述可見，分離式模型可以揭示鋼筋與混凝土之間相互作用的微觀機(jī)理，而這也是整體式模型無法做到的。因此在需要對結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)的微觀機(jī)理分析時(shí)，應(yīng)采用分離式模型。但同時(shí)也可預(yù)見，由于要分別建立鋼筋模型以及混凝土模型，在前期建模時(shí)工作量較大。同時(shí)，因?yàn)樵诮r(shí)需要?jiǎng)澐殖鲣摻罹€，很容易導(dǎo)致在網(wǎng)格劃分時(shí)單元形狀的嚴(yán)重扭曲，從而加大了在非線性計(jì)算過程中應(yīng)力奇異現(xiàn)象出現(xiàn)的概率，整個(gè)結(jié)構(gòu)計(jì)算收斂性較差。

三、組合式建模

組合式建模綜合了整體式建模與分離式建模的建模特點(diǎn)，在實(shí)際工程中相比而言更具有操作性。所謂組合式建模也即是當(dāng)存在形狀復(fù)雜鋼筋線或者預(yù)應(yīng)力鋼筋或者有特殊材料制作的鋼筋時(shí)，對這部分特殊鋼筋采用分離式建模，對其他普通鋼筋則采用整體式建模。

該種方法相比其他方法來講在可以探討特殊鋼筋的微觀機(jī)理時(shí)，工作量適中，同時(shí)整體結(jié)構(gòu)計(jì)算的收斂性性能也大為改善。

綜上所述，在實(shí)際操作中，如果結(jié)構(gòu)體量較大，配筋比較規(guī)整，則可以考慮采用整體建模；如果結(jié)構(gòu)體量較小，劃分鋼筋線工作量較小或者存在特殊鋼筋時(shí)，可以考慮采用分離式建模；如果這兩種情況皆有，則可以考慮采用組合式的建模。

如果朋友們在進(jìn)行鋼筋混凝土非線性計(jì)算時(shí)，屢次出現(xiàn)收斂困難，而調(diào)整參數(shù)又無多大改善時(shí)，是否可以考慮換一種建模方式呢？

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