钢筋混凝土简支梁的研究在土木工程领域具有代表性意义，其受力性能可通过理论计算、实验结果以及有限元分析。其中有限单元法在建筑行业中得到广泛的应用，涉及高层建筑、桥梁设计、路面路基、边坡工程等，表明有限单元分析法在结构受力分析会逐渐成为一种可以替代传统实验分析的方法。
      目前，以有限元软件ANSYS对钢筋混凝土简支梁的研究有均布荷载作用下的应力与应变关系、应力与应变对于混凝土的损伤、荷载与位移的关系等，它们主要是对钢筋混凝土中非线性结构的有限元分析。
      本文采用ANSYS进行了钢筋混凝土简支梁受弯的实体有限元分析，进行了实验和有限元理论计算结果的对比。
      采用分离式有限元模型建模，即混凝土采用Solid65单元(如图1所示)，钢筋采用Link8单元(如图2所示)，分别建立有限元单元模型。钢筋和混凝土的两种单元之间直接将几何位置重合的节点自由度完全耦合，即不考虑钢筋和混凝土之间的连接滑移。模型中，为了避免集中荷载引起的局部破坏和不收敛，均用均布荷载来代替；支座约束则采用线约束。由于模型完全对称，因此可只建立1/4模型即可，以提高计算运行效率。单元尺寸取为50mm左右，映射划分。
      混凝土立方体抗压强度标准值fcu，k=30MPa，单轴抗压强度fc=14.3MPa，单轴抗拉强度ft=1.43MPa。有限元计算过程中，混凝土开裂以后需要考虑裂缝开展以后继续传递剪力的能力，本模拟中张开裂缝的剪力传递系数取为0.5，闭合裂缝的剪力传递系数取为0.95。
      混凝土单轴应力应变关系上升段采用GB50010-2012规定的公式，不考虑下降段。
      按照规范，相关参数分别取为：n=2，ε0=0.002。在ANSYS命令流中，上述应力应变曲线关系，可以用多个关键点进行输入。
      混凝土材料的本构关系采用多线性等向强化模型MISO。钢筋材料的计算数值信息为：屈服强度fy=300MPa，弹性模量Es=2.0×e5MPa，泊松比vs=0.3。钢筋的应力应变关系采用理想弹塑性模型。
      据混凝土结构设计规范可以知道，宏观可见的混凝土裂缝宽度在0.05mm以上，根据实验过程及结果分析可知，在加载荷载值达到50kN左右时，出现可见的混凝土斜裂缝。本次试验的最大加载荷载值为80kN。每当加载一次荷载，观察梁表面裂缝开展情况，用颜色笔勾画并记录裂缝的形态与荷载的大小，得到如图3所示的混凝土裂缝的开展情况。
      ANSYS有限单元模拟的底部纵向受力钢筋与试验的材料、大小相同，并取相同的荷载加载值所产生的裂缝，具体裂缝开展情况如图4所示。
      根据图3，图4可以看出，实验表明在支座处主要表现出的是斜裂缝，在简支梁跨中是以竖向裂缝为主；有限单元模拟出的裂缝开展的情况与实验结果基本一致。
      跨中位移主要根据百分表所测得的实验数据通过简单计算所得出荷载与位移的关系。根据有限单元分析计算可以得到相关的荷载与位移曲线，经过数据的整合可以得到与实验结果的多条荷载位移曲线，如图5所示。
      根据图5可以看出，从最初的加载开始，通过有限元分析结果的挠度值一直比实验结果的挠度值小；并且5根梁在荷载作用相同时，其挠度值基本相同。主要是因为ANSYS计算时所采取的屈服面模型与实际情况有一定差异，在模拟弹塑性能时准确性不足。
      1)钢筋混凝土简支梁在承受荷载作用下产生的裂缝，在荷载作用下的裂缝分布情况与ANSYS有限单元分析产生的裂缝基本相同。
      2)通过实验结果得：钢筋混凝土简支梁在荷载作用下，跨中最大位移比ANSYS有限元分析所得结果的位移要大。

                                                                                专业从事机械产品设计│有限元分析│CAE分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.nataid.com，转载请注明出处和相关链接！