钢筋混凝土梁受力分析
1.工程背景
1)计算目的及意义
目前，钢筋混凝土材料是应用最为广泛的建筑材料之一，而梁在建筑结构中是最为常用的承重构件。

因此，梁的受力分析对结构设计、安全验算等都具有十分重要的意义。

下文中，我将以钢筋混凝土课程实验的数据作为基本参考，分析梁在受压承载时的受力、破坏情况。

2)实验基本条件
实验方法如下，取梁作简支梁结构，载荷及尺寸如图1-1。

在如图所示点加载，分析梁的承载力及破坏形式。

图1-1
梁取矩形截面梁，配有受拉主筋、受压钢筋及箍筋，配筋图如图
1-2。

图1-2
2.计算方法
计算是将采用有限单元法，有限单元法是一种有效解决数学问题的解题方法。

其基础是变分原理和加权余量法，其基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。

本次计算中将通过弹塑性模型来计算滑体的位移和应力场，弹性计算时的基本假定是：
1）假定物体是连续的，就是假定整个物体的体积都被组成这个物体的介质所填满，不留下任何空隙。

2）假定物体是均匀的，就是整个物体是由同一材料组成的
3）假定物体是各向同性的，就是物体内一点的弹性在所有各个方向都相同。

3.计算模型
1.模型的建立与网格划分
由于对称性，只需建立二分之一模型即可。

模型选用SOLID65单元建立混凝土模型，PIPE20单元模拟钢筋模型，并用PLANE42单元模拟拉伸实体。

建立的模型如下图3-1，网格采用长方体形式划分。

图3-1
2.边界条件
根据实验条件，模型采用刚性支座支撑，故在Y=0 Z=-1200处的节点施加X和Y方向的自由度约束。

由对称性，在Z=0面施加对称度约束。

由荷载条件，在Y=300 Z=-600处的节点施加-5mm的Y方向位移荷载。

3.力学参数
材料性能取如下值：
混凝土弹性模量E=24000MPa，泊松比ν=0.2，单轴抗拉强度
f t=3，裂缝闭合传递系数1。

受拉钢筋弹性模量E=2e5MPa，泊松比ν=0.3，屈服应力σ0.2=350MPa，受拉钢筋以及箍筋E=2e5MPa，泊松比ν=0.25，屈服应力σ0.2=200MPa。

外部荷载P=-5mm。

4.计算结果
变形图如下图4-1。

图4-1
5.结论
1)实验结论
钢筋混凝土梁在承载初始阶段跨中下方便开始出现微裂缝，拉力转由钢筋承载。

如实验所用的适筋梁，受压破坏的形态主要为斜拉破坏，即受拉钢筋达到屈服强度而破坏。

2)实验分析
ANSYS软件将有限元分析、计算机图形学和优化技术相结合，具备较为完善的分析功能。

ANSYS在建立模型时，操作较为繁琐，如果能更加深入的学习APDL语言的话工作效率会有很大提升。

3)总结
ANSYS是一个非常严谨的软件，在建立模型时一定要确定好节点与各部分的关系以及模型各部分的单元类型和实常数，否则后期计算出错时，排查错误会非常麻烦，浪费很多很多时间。