ANSYS钢筋混凝土（一）整体式建模
2021年4月23日 12:5601 ANSYS中的钢筋混凝土
目前在ANSYS中模拟钢筋混凝土主要有以下几种方法：整体式建模、分离式建模（共节点）、分离式建模（考虑粘结滑移）、使用“Embed”方法（编写弘文件）、使用REINF单元等。
以下是几种钢筋混凝土的模拟思路：
接下来一段时间内，笔者将通过多个帖子用实例逐个介绍ANSYS中以上模拟钢筋混凝土的方法。可关注笔者的技术邻账号和公众号，及时学习！
02 整体式建模方法
整体式模型即将钢筋混凝土结构中的钢筋弥散到整个混凝土结构中（采用混凝土实体单元SOLID65中自带的配筋率实常数设置）。
其优势在于建模简单快捷，计算收敛性较好，劣势在于其计算结果粗略。特别对于结构构件较多，且混凝土结构配筋非最主要研究对象时，建议采用整体式建模方法模拟钢筋混凝土构件。
定义了配筋率后的钢筋混凝土梁
03 案例分析
如下图所示的一根钢筋混凝土梁，使用整体式建模方法模拟，着重展示配筋率实常数计算和赋值方法。
钢筋混凝土梁尺寸简图
为简化计算，建立钢筋混凝土梁的1/2对称模型，支座和加载头建立钢垫片，垫片与梁之间采用MPC算法粘结。
受压区和受拉区纵筋配筋率需要分别定义，故用工作平面切割出受压区和受拉区。
钢筋混凝土梁模型示意图
SOLID65通过实常数定义配筋率（体积配筋率），其实常数如下：
REAL,NSET,MAT1,VR1,THETA1,PHI1,MAT2,VR12,THETA2,PHI2,MAT3,VR3,THETA3,PHI3,CSTIF
其中：
MAT1、MAT2、MAT3——三个方向钢筋材料号
VR1、VR2、VR3——三个方向钢筋体积配筋率
THETA1、THETA2、THETA3——钢筋与单元坐标系x轴角度θ
PHI1、PHI2、PHI3——钢筋与单元坐标系xoy面角度Φ
CSTIF——开裂面或压碎单元的刚度系数
配筋方向通过角度θ、Φ定义，详细见下图：
配筋方向定义
本例中，定义配筋率的思路和命令流如下：
pi=acos(-1)
v1=0.25*pi*22*22*2/(150*60)
!拉区混凝土纵筋配筋率
v2=0.25*pi*8*8*2/(150*60)
!压区混凝土纵筋配筋率
v3=0.25*pi*8*8*2*(2550/2/75+1)/(2550*150)
!竖向箍筋的配筋率
v4=0.25*pi*8*8*(2550/2/75+1)/(2550*60)
!水平向箍筋的配筋率
r,1,2,v1,0,90,2,v4
rmore,0,0,2,v3,90,0
r,2,2,v2,0,90,2,v4
rmore,0,0,2,v3,90,0
r,3,2,v3,90,0
04 计算结果
采用整体式建模的钢筋混凝土梁，如采用适当的受拉区划分和配筋率设置，其跨中挠度的荷载位移曲线与分离式模型能非常接近。
且整体式模型任然能得到较为合理的裂缝预测图与弥散的钢筋应力云图。
裂缝预测图
弥散钢筋应力云图
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