鋼筋混凝土簡支梁非線性分析

張琦 劉富宙

摘 要：文章應用不同的有限元建模方式，對鋼筋混凝土梁進行了非線性分析，結果發現不同的建模方式對結果影響很小，但是對計算效率影響很大，在實際應用過程中，選擇合理的模型單元和計算方法對結果影響很大。

關鍵詞：混凝土；非線性分析；有限元

一、問題描述

鋼筋混凝土簡支梁，梁的跨度為L=2.0m，橫截面為矩形，尺寸為b×h=150mm×300mm，支座范圍100mm，凈跨度為1800mm。梁內受拉縱筋采用3φ2，架立筋采用2φ10，箍筋采用φ10@100，鋼筋保護層厚度為30mm。混凝土采用C30，鋼筋全部采用HRB335。跨中集中荷載P作用于一剛性墊板，墊板尺寸為150mm×300mm。

二、分離式建模分析

（一）模型與單元

建立分離式有限元，混凝土采用SOLID65單元，鋼筋采用LINK8單元，不考慮鋼筋混凝土之間的粘結滑移。創建分離式模型時，將幾何實體以鋼筋位置切分，劃分網格時將實體的邊線定義為鋼筋即可。加載點以均布荷載近似代替鋼墊板，支座處則采用線性約束。考慮模型的對稱性，創建1/4模型。單元尺寸以50mm左右為宜。

（二）材料性質

采用《鋼筋混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）規定的強度設計值。

1.混凝土材料

混凝土立方體抗壓強度標準值fcu，k=30MPa，單軸抗壓強度fc=14.3MPa，單軸抗拉強度ft=1.43MPa，張開裂縫的剪力傳遞系數βt=0.5，閉合裂縫傳遞系數βt=0.95，彈性模量Ec=3×104MPa，泊松比υc=0.2，拉應力釋放系數采用缺省值Tc=0.6。

混凝土本構關系采用《鋼筋混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）建議的應力-應變關系，數學表達式為：

按照規范計算和規定可分別求得n=2，ε0=0.002，εcu=0.0033，上述曲線可用一系列數據擬合以便于輸入，此處采用多線性等向強化模型MISO模擬。……