钢筋混凝土梁受弯分析.docx

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钢筋混凝土梁受弯分析

钢筋混凝土梁受弯分析

姓名

学号

班级

2014年11月

目录

一、问题描述2

二、实体建模2

1.材料属性2

2.单元类型2

3.有限元模型3

4.网格划分3

5约束施加4

三、结果分析4

四、附录5

一、问题描述

钢筋混凝土梁承受弯曲荷载，分析其变形和应力。

梁长1350mm，宽150mm，高300mm,左端对称约束，距离右侧75mm约束X和Y，距离右侧600mm处施加Y向位移-5mm，求解并观察其应力和裂纹分布。

二、实体建模

1.材料属性

Mat1拉筋E=2e5V=0.3，屈服应力350MPa，TM=0

Mat2压筋E=2e5V=0.3，屈服应力200MPa，TM=0

Mat3混凝土E=2.4e4V=0.2,型号C20

Mat4箍筋E=2e5V=0.3，屈服应力200MPa，TM=0

2.单元类型

1）beam188截面为圆截面，尺寸如下

ID1，d=18mm

ID2，d=8mm

ID4，d=4mm

2）Solid65

3）Plane182

3.有限元模型

采用三维实体建模，混凝土选用solid65单元，钢筋选用beam188单元，模型如图1所示

4.网格划分

对拉筋划分合适的网格，在划分网格时候选择对应的材料Mat1，然后用同样的方法对压筋划分网格，拉压筋划分网格必须每隔75mm划分一个，因为箍筋的排列间距为75mm，这样能够保证箍筋和拉压筋在同一个位置能够完全吻合。

划分混凝土网格时，先对其中的一个面划分网格，然后将面沿着Z轴的一条直线进行拖拽，拖拽中选择solid65单元，完成混凝土网格的划分。

划分箍筋网格，宽度方向划分6份，高度方向划分8份，选择材料Mat4，完成后将箍筋连同网格沿Z轴方向复制19次，间距为75mm。

网格如图2所示，

（a）（b）

（c）（d）

图2钢筋混凝土有限元模型：

（a）混凝土；（b）拉筋；（c）压筋；（d）箍筋

5约束施加

距离右侧75mm约束X和Y，距离右侧600mm处施加Y向位移-5mm，左边施加对称约束。

三、结果分析

对求解选项进行设置，步长设置为40，混凝土问题有可能不收敛，为了能够尽可能使其收敛，需要将收敛准则改为0.05或者更大，选择everything,进行求解。

结果如下图3所示：

（a）（b）

图3混凝土梁mises应力云图（a）混凝土mises应力；（b）拉筋mises应力

对结果进行分析和校核，如表1所示

表一：

钢筋混凝土梁计算结果

结构名称

屈服强度/MPa

最大mises应力/MPa

分析结果

拉筋

350

341

满足设计

压筋

200

200

满足设计

箍筋

200

200

满足设计

混凝土

20

30

不满足设计

最终结果显示，拉筋和压筋的最大应力都没有超过屈服强度，在线弹性范围内工作，这符合设计要求，但是混凝土实际最大应力为30Mpa，而理论设计应力为20Mpa，超过了其能够承受的最大荷载，在工程中是不允许的，所以为了整体结构的可用性，需要提高混凝土强度，可选用C40型号的混凝土。

四、附录

钢筋mises应力云图

压筋mises应力箍筋mises应力

裂纹分布图

一级裂纹分布图

二级裂纹分布

三级裂纹分布

Y轴方向位移图

命令流

/BATCH

/COM,ANSYSRELEASE14.5UP2012091819:

17:

0011/03/2014

/input,menust,tmp,''

/GRA,POWER

/GST,ON

/PLO,INFO,3

/GRO,CURL,ON

/CPLANE,1

/REPLOT,RESIZE

WPSTYLE,,,,,,,,0

/PREP7

!

*

ET,1,BEAM188

!

*

ET,2,SOLID65

!

*

SECTYPE,1,BEAM,CSOLID,,0

SECOFFSET,CENT

SECDATA,9,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0

SECTYPE,2,BEAM,CSOLID,,0

SECOFFSET,CENT

SECDATA,4,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0

SECTYPE,4,BEAM,CSOLID,,0

SECOFFSET,CENT

SECDATA,2,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0

!

*

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,1,,2e5

MPDATA,PRXY,1,,0.3

TB,BISO,1,1,2,

TBTEMP,0

TBDATA,,350,0,,,,

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,2,,2e5

MPDATA,PRXY,2,,0.3

TB,BISO,2,1,2,

TBTEMP,0

TBDATA,,200,0,,,,

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,3,,2.4e4

MPDATA,PRXY,3,,0.2

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,4,,2e5

MPDATA,PRXY,4,,0.3

TB,BISO,4,1,2,

TBTEMP,0

TBDATA,,200,0,,,,

K,,,,,

K,,150,,,

K,,150,300,,

K,,,300,,

LSTR,4,3

LSTR,3,4

LSTR,3,2

LSTR,2,1

LSTR,1,4

/USER,1

/FOC,1,85.6425002307,148.762499973,0.00000000000

/REPLO

K,,,,1350,

/FOC,1,322.930610550,107.003783186,259.535106014

/REPLO

/FOC,1,353.071453125,108.718215921,292.208930836

/REPLO

LSTR,1,5

GPLOT

FLST,3,1,4,ORDE,1

FITEM,3,5

LGEN,2,P51X,,,150,,,,0

FLST,3,2,4,ORDE,2

FITEM,3,5

FITEM,3,-6

LGEN,2,P51X,,,,300,,,0

FLST,3,1,4,ORDE,1

FITEM,3,5

LGEN,2,P51X,,,18.75,30,,,0

KPLOT

GPLOT

FLST,3,1,4,ORDE,1

FITEM,3,6

LGEN,2,P51X,,,-18.75,30,,,0

FLST,3,1,4,ORDE,1

FITEM,3,7

LGEN,2,P51X,,,18.75,-30,,,0

FLST,3,1,4,ORDE,1

FITEM,3,8

LGEN,2,P51X,,,-18.75,-30,,,0

NUMMRG,KP,,,,LOW

FLST,2,4,3

FITEM,2,3

FITEM,2,4

FITEM,2,1

FITEM,2,2

A,P51X

/FOC,1,201.727277158,109.691113211,473.932227148

/REPLO

/FOC,1,118.463145709,119.991448306,576.212623012

/REPLO

/FOC,1,120.813812860,132.092417697,576.247275881

/REPLO

/FOC,1,169.728792616,110.742028942,491.280668615

/REPLO

LSTR,18,16

LSTR,16,12

LSTR,12,14

LSTR,14,18

TYPE,1

MAT,2

REAL,

ESYS,0

SECNUM,2

!

*

FLST,5,2,4,ORDE,2

FITEM,5,11

FITEM,5,-12

CM,_Y,LINE

LSEL,,,,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL,,_Y

!

*

LESIZE,_Y1,,,75,,,,,1

!

*

FLST,2,2,4,ORDE,2

FITEM,2,11

FITEM,2,-12

LMESH,P51X

GPLOT

TYPE,1

MAT,1

REAL,

ESYS,0

SECNUM,1

!

*

FLST,5,2,4,ORDE,2

FITEM,5,9

FITEM,5,-10

CM,_Y,LINE

LSEL,,,,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL,,_Y

!

*

LESIZE,_Y1,,,75,,,,,1

!

*

FLST,2,2,4,ORDE,2

FITEM,2,9

FITEM,2,-10

LMESH,P51X

GPLOT

/FOC,1,109.498034977,93.2372141385,566.435190811

/REPLO

TYPE,1

MAT,4

REAL,

ESYS,0

SECNUM,4

!

*

FLST,5,2,4,ORDE,2

FITEM,5,13

FITEM,5,15

CM,_Y,LINE

LSEL,,,,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL,,_Y

!

*

FLST,2,4,4,ORDE,3

FITEM,2,6

FITEM,2,10

FITEM,2,-12

LCLEAR,P51X

FLST,2,2,4,ORDE,2

FITEM,2,5

FITEM,2,9

LCLEAR,P51X

/REPLO

TYPE,1

MAT,4

REAL,

ESYS,0

SECNUM,4

!

*

FLST,5,2,4,ORDE,2

FITEM,5,13

FITEM,5,15

CM,_Y,LINE

LSEL,,,,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL,,_Y

!

*

LESIZE,_Y1,,,6,,,,,1

!

*

FLST,5,2,4,ORDE,2

FITEM,5,14

FITEM,5,16

CM,_Y,LINE

LSEL,,,,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL,,_Y

!

*

LESIZE,_Y1,,,8,,,,,1

!

*

FLST,2,4,4,ORDE,2

FITEM,2,13

FITEM,2,-16

LMESH,P51X

TYPE,1

MAT,1

REAL,

ESYS,0

SECNUM,1

!

*

FLST,5,2,4,ORDE,2

FITEM,5,9

FITEM,5,-10

CM,_Y,LINE

LSEL,,,,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL,,_Y

!

*

LESIZE,_Y1,75,,,,,,,1

!

*

FLST,2,2,4,ORDE,2

FITEM,2,9

FITEM,2,-10

LMESH,P51X

GPLOT

TYPE,1

MAT,2

REAL,

ESYS,0

SECNUM,2

!

*

FLST,5,2,4,ORDE,2

FITEM,5,11

FITEM,5,-12

CM,_Y,LINE

LSEL,,,,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL,,_Y

!

*

LESIZE,_Y1,75,,,,,,,1

!

*

FLST,2,2,4,ORDE,2

FITEM,2,11

FITEM,2,-12

LMESH,P51X

/UI,MESH,OFF

!

*

ET,3,PLANE182

!

*

ET,4,SOLID185

!

*

TYPE,3

MAT,3

REAL,

ESYS,0

SECNUM,,

!

*

FLST,5,1,4,ORDE,1

FITEM,5,1

CM,_Y,LINE

LSEL,,,,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL,,_Y

!

*

LESIZE,_Y1,18.75,,,,,,,1

!

*

FLST,5,1,4,ORDE,1

FITEM,5,4

CM,_Y,LINE

LSEL,,,,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL,,_Y

!

*

LESIZE,_Y1,30,,,,,,,1

!

*

MSHAPE,0,2D

MSHKEY,1

!

*

CM,_Y,AREA

ASEL,,,,1

CM,_Y1,AREA

CHKMSH,'AREA'

CMSEL,S,_Y

!

*

AMESH,_Y1

!

*

CMDELE,_Y

CMDELE,_Y1

CMDELE,_Y2

!

*

/UI,MESH,OFF

/REPLOT

GPLOT

TYPE,2

EXTOPT,ESIZE,18,0,

EXTOPT,ACLEAR,1

!

*

EXTOPT,ATTR,0,0,0

MAT,3

REAL,_Z4

ESYS,0

!

*

VDRAG,1,,,,,,8

/REPLO

GPLOT

!

*

/SHRINK,0

/ESHAPE,1.0

/EFACET,1

/RATIO,1,1,1

/CFORMAT,32,0

/REPLOT

!

*

/FOC,1,107.366059639,93.6115292233,574.647280414

/REPLO

ESEL,S,MAT,,1

EPLOT

ESEL,S,MAT,,2

EPLOT

ESEL,S,MAT,,3

EPLOT

ESEL,S,MAT,,4

EPLOT

ALLSEL,ALL

GPLOT

FLST,3,4,4,ORDE,2

FITEM,3,13

FITEM,3,-16

FLST,4,4,4,ORDE,2

FITEM,4,13

FITEM,4,-16

FLST,3,4,4,ORDE,2

FITEM,3,13

FITEM,3,-16

LGEN,19,P51X,,,,,75,,0

/FOC,1,102.695379774,94.4912760732,578.800503113

/REPLO

/FOC,1,83.9169058446,102.162145325,597.623640050

/REPLO

/FOC,1,-34.6791754451,144.652833431,713.440514083

/REPLO

/FOC,1,-70.5231874259,186.541930544,763.376776531

/REPLO

/FOC,1,-55.5822341302,180.543377890,696.735816908

/REPLO

/FOC,1,-49.5521640822,176.015923947,664.771581921

/REPLO

/FOC,1,-37.8003037509,176.053699454,623.798181022

/REPLO

!

*

/SHRINK,0

/ESHAPE,1

/EFACET,1

/RATIO,1,1,1

/CFORMAT,32,0

/REPLOT

!

*

/REPLO

ESEL,S,MAT,,4

EPLOT

ALLSEL,ALL

/REPLOT

/FOC,1,-25.4475882521,152.837813051,642.101487222

/REPLO

NUMMRG,NODE,,,,LOW

NUMMRG,NODE,,,,LOW

NSEL,S,LOC,Z,1275

NPLOT

NSEL,R,LOC,Y,0

NPLOT

FLST,2,9,1,ORDE,9

FITEM,2,315

FITEM,2,332

FITEM,2,655

FITEM,2,672

FITEM,2,689

FITEM,2,706

FITEM,2,723

FITEM,2,740

FITEM,2,757

!

*

/GO

D,P51X,,,,,,UX,UY,,,,

ALLSEL,ALL

/REPLOT

NSEL,S,LOC,Z,750

NPLOT

NSEL,R,LOC,Y,300

NPLOT

FLST,2,9,1,ORDE,9

FITEM,2,342

FITEM,2,359

FITEM,2,376

FITEM,2,393

FITEM,2,410

FITEM,2,427

FITEM,2,444

FITEM,2,461

FITEM,2,478

!

*

/GO

D,P51X,,-5,,,,UY,,,,,

ALLSEL,ALL

/REPLOT

GPLOT

NSEL,S,LOC,Z,0

NPLOT

DSYM,SYMM,Z,,

ALLSEL,ALL

GPLOT

NSEL,S,LOC,Z,0

NPLOT

FLST,2,99,1,ORDE,14

FITEM,2,1

FITEM,2,-28

FITEM,2,101

FITEM,2,-136

FITEM,2,147

FITEM,2,-153

FITEM,2,156

FITEM,2,-162

FITEM,2,165

FITEM,2,-171

FITEM,2,174

FITEM,2,-180

FITEM,2,183

FITEM,2,-189

DDELE,P51X,ALL

ALLSEL,ALL

/REPLOT

ASEL,S,LOC,Z,0

APLOT

DA,1,SYMM

/VIEW,1,-0.800567259377,0.149392840816,-0.580322188380

/ANG,1,-59.7883000902

/REPLO

/VIEW,1,-0.428505742188,0.853521256049,0.296452853563

/ANG,1,-0.695711438431

/REPLO