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[土木] 【原创•实例】钢筋混凝土柱(钢筋Rebar Layer)及剪力-弯矩输出

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发表于 2010-6-3 10:24:56 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 黑龙江哈尔滨
本帖最后由 shanhuimin923 于 2010-6-3 14:22 编辑

钢筋混凝土实体柱子剪力-弯矩输出
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本实例,是在
12.土木] 【原创】钢筋混凝土梁—钢筋-箍筋T3D2单元-基本建模实例~~
http://forum.simwe.com/thread-933457-1-1.html

这个小实例的基础上的,仍然是针对 初学者 的小实例,

算是就以下几个比较困惑大家的 Key Point,帮一下土木的兄弟。

1、钢筋采用 Rebar Layer 时如何建模;
2、施加集中力时,为了防止应力集中,本例中采用参考点与实体单元耦合约束   Coupling;
3、如何输出荷载-位移曲线;
4、如何输入实体单元的截面弯矩和剪力。
********************************************************************************************************************

照例,先进行【模型简介】:
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1、混凝土柱子,截面尺寸500mm*500mm,高度4.5m;混凝土保护层厚度取20mm;

2、荷载,在顶部施加F=5000N的集中力;在柱子顶部建立参考点,与柱子Coupling 耦合,以施加荷载。

3、材料属性:假定混凝土和钢筋均处于弹性阶段;材料属性定义时只输入 密度,弹性模型E和泊松比;

4、钢筋配筋,8根,HRB335钢筋,直径20mm;采用Rebar Layer 箱型截面钢筋层,并Embed到混凝土实体单元中。

5、输出荷载-位移曲线:在History Output中输出施加荷载点的集中力CF和位移U,后处理绘制出荷载-位移曲线;

6、剪力和弯矩的输出:采用Standard implicit 隐式计算,在INP文件进行*section print,将剪力和弯矩输出到 dat文件
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 楼主| 发表于 2010-6-10 15:20:44 | 显示全部楼层 来自 黑龙江哈尔滨
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本帖最后由 shanhuimin923 于 2010-6-10 15:45 编辑
混凝土随着钢筋的约束作用的不一样会有一点差别,主要是表现在延性上的差距,弹性的就不说了,主要是表现在进入弹塑性后,想关内容请见,华南理工 ...
aming264411 发表于 2010-6-10 09:57



我想请教的是,您说的到底何指:
1、“混凝土随着钢筋的约束作用的不一样会有一点差别,主要是表现在延性上的差距,”
2、“精细钢筋混凝土模型里面随着配箍率的不一样,本构应该是有点区别的,”
3、“弹性的就不说了,主要是表现在进入弹塑性后,”

您不觉得这个帖子每半句话都只说了前半句引子,后面的内容没说出来,让人云里雾里不知所云似的。

    咱发帖子,有问题问问题,有解答,那么就有针对性的说解答,这才是工程人嘛。
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发表于 2010-6-10 09:14:30 | 显示全部楼层 来自 江苏南京
你这样处理钢筋,做个弹性的还好,做弹塑性的钢筋对混凝土的约束会不会大了点,不过关于实体的弯矩剪力写的不错
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发表于 2010-6-7 22:13:26 | 显示全部楼层 来自 黑龙江哈尔滨
学习中...“历程输出”应该是场输出吧?嘿嘿
4# shanhuimin923
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 楼主| 发表于 2010-6-3 10:25:20 | 显示全部楼层 来自 黑龙江哈尔滨

施加集中力——参考点与实体单元耦合约束Coupling

本帖最后由 shanhuimin923 于 2010-6-3 12:33 编辑

Step模块,定义好施加载荷的分析步,
就可以 在Load模块对柱底进行约束,在柱顶施加集中力了。

为了防止应力集中,本例中采用参考点与实体单元耦合约束   Coupling,在参考点上施加F=5000N的集中力。

在Interaction模块,创建Coupling 耦合约束,如下图。



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【耦合约束Coupling】——来自aba_aba版主

http://www.simwe.com/forum/thread-740499-1-1.html
《ABAQUS有限元分析实例详解》 2.5.5节   3.1.1节7 ?5 N" @( U2 i9 |; q; e7 p

Kinematic Coupling:
当约束全部6个自由度时,被约束的区域就变为刚性的,此区域上的各节点之间的相互距离保持不变,各节点与参考点的距离也保持不变。但并不是说此区域上的各节点的位移都等于参考点的位移,例如如果参考点在原地旋转一定角度(u1,u2,u3都为0),则被约束的区域也随之旋转,此区域上每个节点的u1,u2,u3都不为0。/ j. b0 g& J: h) v/ M& y

Distributing Coupling:
对受约束区域上各节点的运动进行了加权平均处理,使此区域上受到的合力和合力矩与施加在参考点上的力和力矩相等效。换言之,Distributing Coupling允许受约束区域上的各部分之间发生相对变形,比Kinematic Coupling中的面更柔软

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 楼主| 发表于 2010-6-3 10:25:15 | 显示全部楼层 来自 黑龙江哈尔滨

模型建立:Rebar Layer

本帖最后由 shanhuimin923 于 2010-6-3 13:55 编辑

1、建立part:混凝土实体,钢筋层三维shell建模(mesh中划分网格时采用的是surface单元),如下图




2、材料属性:混凝土的材料属性定义详见开头链接里的小实例,在此不再赘述;
下面主要说一下钢筋层Rebar layer 如何建立:
1)创建钢筋的材料属性;
2)创建截面section ——选择shellsurface
3)  在弹出的 Edit section,定义 Rebar Layers,详细如下图



Area per bar:直径20mm的截面面积:314.2mm2;
space:纵筋的间距230mm;
Orientation Angle:纵筋方向与1-方向X轴的夹角90

然后进行
mesh网格划分,混凝土和钢筋均采用二次完全积分单元(划分网格时,钢筋层采用的是surface单元
Assembly模块,运用旋转和移动,定义参考点,进行定位,组装。
Interaction模块,进行钢筋和混凝土实体的Embed。
上述三项操作,在本贴一楼开头,链接里面的实例帖子,均有图文并茂的详述,在此不再赘述。

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 楼主| 发表于 2010-6-3 10:25:24 | 显示全部楼层 来自 黑龙江哈尔滨

输出荷载-位移曲线

本帖最后由 shanhuimin923 于 2010-6-3 13:51 编辑

输出荷载-位移曲线:在Step-Output里面定义History Output:CF,U;

后处理Visualization模块中,Result-History Output:下图

将结果保存,命名为Force和Displace,在Tools-XY data -Manage中打开,


点击create,选择 operate on xy data,选择combine(x,x)


将力-时间,位移-时间,combine以后,即可得到荷载-位移曲线,点击plot,得到图如下:(因为施加的力F是Z轴的负方向,所以位移U也是负值,可以在operate on xy data中将二者均转化为正值)。

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貌似这一楼的问题本来难度不大,俺写的都有点繁琐了,一点小细节都没漏掉.....
为了还没入门的兄弟们,忍了。。
要是以后谁再乱发帖子问这个问题,俺真给他急了。。。
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 楼主| 发表于 2010-6-3 10:25:28 | 显示全部楼层 来自 黑龙江哈尔滨

输出实体单元的截面弯矩和剪力

本帖最后由 shanhuimin923 于 2010-6-10 13:30 编辑

以输出混凝土柱子底部截面的剪力和弯矩为例,

1)事先在CAE里面定义好柱底面的surface——name:Surf-Bottom;
2)在job-manger中生成input文件,在inp文件的最后加上下面几句就可以了:
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------

*section print,name=Colmn-Force,surface=Surf-Bottom,axes=local,update=yes——截面输出,输出section名称,截面section所在surface的名称,采用局部坐标轴;坐标轴基准点随着结构变形而改变(update=yes
,0.250,0,0.250 ——局部坐标的基准点;
,0,0,0,,500.E-03,0.,500.E-03——输出剪力和弯矩的截面上的两点
sof,som——截面力和截面弯矩
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------

3)inp文件修改完,就可以在abaqus command提交,或者在 job-manager-source:input File,里面导入inp进行提交计算了。


计算完成,打开dat文件,就会看到结果:
下面的截图是计算的最后一个分析步的结果,贴上来,大家也可以根据简单的手算,检验一下计算的正确与否;


可以采用Excel等小软件把数据提出,绘制剪力-时程,弯矩—时程曲线等等处理....
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

~~OVER~~:loveliness:

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 楼主| 发表于 2010-6-3 14:32:37 | 显示全部楼层 来自 黑龙江哈尔滨
本帖最后由 shanhuimin923 于 2010-6-12 10:22 编辑

验证
--------------------------------------------------------------------------------
根据梁高度4.5m,集中力5000N,手算出来是22500N•m;
柱端位移采用图乘法,计算出来d=Fl^3/3EI=1.1×10^-3m=1.1mm;

与输出的总的SOF=5000,SOM= 2.0838E+04N•m,位移值Displace=0.000986953m=0.986953mm;
相差不大,说明结果计算还可以接受!~~

------------------------------------------------------------------------------------------

附件:
inp文件如下:

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发表于 2010-6-3 22:58:35 | 显示全部楼层 来自 辽宁沈阳
shanhuimin923 版主的又一好贴啊。前几天刚问过您实体单元的弯矩输出,在这里就得到解答,拜读了,谢谢版主。
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发表于 2010-6-4 21:51:13 | 显示全部楼层 来自 北京工业大学
我打开上传的inp文件,怎么没有找到
*section print,name=Colmn-Force,surface=Surf-Bottom,axes=local,update=yes。。。。
还有就是,在运行CAE后在inp文件中加“0.250,0,0.250 ——局部坐标的基准点”时,总是说输入有错
不知怎么回事
请指点指点
谢谢
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 楼主| 发表于 2010-6-5 15:38:15 | 显示全部楼层 来自 黑龙江哈尔滨
本帖最后由 shanhuimin923 于 2010-6-5 15:39 编辑
我打开上传的inp文件,怎么没有找到
*section print,name=Colmn-Force,surface=Surf-Bottom,axes=local,update=yes。。。。
还有就是,在运行CAE后在inp文件中加“0.250,0,0.250 ——局部坐标的基准点”时,总是说 ...
tangzhenyun 发表于 2010-6-4 21:51


汗.....你要是连这句命令应该在什么位置都不知道,那我真的无语了....

直接运行 附件里的inp文件试一下....
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 楼主| 发表于 2010-6-10 09:17:47 | 显示全部楼层 来自 黑龙江哈尔滨
你这样处理钢筋,做个弹性的还好,做弹塑性的钢筋对混凝土的约束会不会大了点.........
aming264411 发表于 2010-6-10 09:14


这个。。。。向楼上请教,这种约束在弹性和弹塑性时的差别??以及差别何处??理论依据???
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发表于 2010-6-10 09:57:41 | 显示全部楼层 来自 江苏南京
混凝土随着钢筋的约束作用的不一样会有一点差别,主要是表现在延性上的差距,精细钢筋混凝土模型里面随着配箍率的不一样,本构应该是有点区别的,弹性的就不说了,主要是表现在进入弹塑性后,想关内容请见,华南理工的陈学伟博士的一些文章,它是大牛不过不用aba。这个也是可以想象的到的,你这样的做法核心混凝土就完全被约束了,这样会产生钢管混凝土的效果,我个人是这么想的,实际箍筋远没有那么大的约束作用
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 楼主| 发表于 2010-6-10 12:20:34 | 显示全部楼层 来自 黑龙江哈尔滨
本帖最后由 shanhuimin923 于 2010-6-10 12:48 编辑

尽管13#的弟兄没有给出可以豁然开朗的解答,但是热心可嘉先表示感谢。
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既然遇到了这个问题,就不妨在这里和大家探讨个明白.....



在论坛里,wei1012 版曾经在帖子里很详细的讨论过这个问题,详细请看帖子:

12.土木] [分享]梁柱截面中钢筋的几种模拟比较

http://forum.simwe.com/viewthread.php?tid=923111&

其中的结论为:

在建筑结构模拟分析中,经常听到别人将梁柱截面中的钢筋采用I字形或箱型截面等代。对此建了三个模型比较, K7 G有了一些共识:
(1)对截面的总内力而言,三种模型是等价的;
(2)对钢材和混凝土的应力也是相近的,误差较小;

zsq-w版主参与讨论时,给出的结论如下:
   构件受拉压剪的话,等效为何种截面,都是一样的。) ~; F4 q3 d2 S3 m, X
   如果受弯,构件所能承受的最大弯矩(特别是惯性矩I)与构件截面内材料分布力中性轴的远近的关系很大。



另外,在wei1012的sina博客里

[ABAQUS] 梁截面中钢筋的模拟几种方法比较(一)

http://blog.sina.com.cn/s/blog_642b4b710100i7sh.html?retcode=0

有更详细的实例来对比经典计算方法,*Rebar模拟,箱型截面和工字型截面三中模拟方式有什么异同:

先截图中的结论如下,【先谢过wei1012版主】



*******************************************************************************************************
        多半年前,我在建模的时候,为如何对钢筋进行处理犯愁时看到的这个帖子,正是因为见到了这么真知灼见的探讨,才放心的把钢筋混凝土框架梁的钢筋简化为工字型截面钢筋层,框架柱的截面简化为箱型截面钢筋层,然后也就没怎么做过探讨分析。

           欢迎大家跟帖讨论,同时希望高手能够出来指点一二,特别是其他的在弹塑性阶段的问题等等.....

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发表于 2010-6-10 14:39:13 | 显示全部楼层 来自 江苏南京
呵呵楼主见笑了,我想你可能误会了,wei1012版主的做法和你的做法不一样,他说的箱型截面和你説的箱型截面钢筋差距还是很大的,你仔细看一下他的INP文件,他的箱型截面和混凝土截面是没有接触分析的,换句话说他的混凝土和钢筋计算是分开的,而你是把箱型截面embed到混凝土单元里面,原理上差距是很大的,不知道这回你明白没
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 楼主| 发表于 2010-6-10 15:08:05 | 显示全部楼层 来自 黑龙江哈尔滨
本帖最后由 shanhuimin923 于 2010-6-10 15:43 编辑
呵呵楼主见笑了,我想你可能误会了,wei1012版主的做法和你的做法不一样,他说的箱型截面和你説的箱型截面钢筋差距还是很大的,你仔细看一下他的INP文件,他的箱型截面和混凝土截面是没有接触分析的,换句话说他的混 ...
aming264411 发表于 2010-6-10 14:39



呵呵,首先感谢楼上的朋友,这次您说的很明白,没有像上个帖子那样绕口令,还是都能看懂的。

1、对于实际的结构构件,混凝土和钢筋不可能没有相互作用,我我想这一点您应该是明白的。
    对于wei1012的例子,只是您自己认为没有进行接触的吧。不知您看没看wei的博客中,明明白白的写着采用的共节点



3、对于wei1012的例子,input文件我刚才看了,混凝土和钢筋他采用的均是Beam单元。我在模型中采用的实体单元和surface单元,所以采用Embed来近似模拟两者直接的粘结,这应该是单元不同所以模拟的粘结方式不同。

4、即使真的在wei的实例中,没有定义接触,那也没有关系,因为他的小例子就是为了验证对比一下,把钢筋等效或者简化各种模拟方式到底是否都可行而已。
    从他的帖子以及大家的讨论,您也看出,确实三种模拟方式确实都存在一定的可行性。
*********************************************************************************************************

技术论坛,本来是要进行技术讨论的, 您说这个不行,那个不行,起码得有一定的理论依据啊,不能只是简单的泛泛的扔下一句:原理上差距是很大的,而不说明原理和问题所在就走人啊,这样貌似有点不负责任的感觉.....
    毕竟看到这个帖子的还有其他的朋友,既然来了,大家就探讨个清楚啊。。。。。


   PS:以上我所说的,若有不妥的地方,还请指教。。。。

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发表于 2010-6-10 15:11:08 | 显示全部楼层 来自 江苏南京
关于配箍率的问题,建议你看看下面的论文,相信对你会有新的理解的,我讲的不好,呵呵估计陈学伟讲的不错,不要发牢骚
论文大了点,我发不了,去陈学伟的个人博客上找,或则单独联系吧
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 楼主| 发表于 2010-6-10 15:15:28 | 显示全部楼层 来自 黑龙江哈尔滨
本帖最后由 shanhuimin923 于 2010-6-10 15:44 编辑
wei1012版主的做法和你的做法不一样,他说的箱型截面和你説的箱型截面钢筋差距还是很大的,
aming264411 发表于 2010-6-10 14:39


我明白,wei1012版主的做法确实不一样,他是根据惯性矩相等进行细致处理过的,我是直接根据原结构配筋钢筋笼进行的。这无伤大雅,只是大家的处理方式上有些差别而已
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发表于 2010-6-10 15:17:19 | 显示全部楼层 来自 江苏南京
楼主让你闹心了,算了我不打算就这个问题跟你争论,就像以前那个地震波的问题也是一样的
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