ansys在玻璃鋼-混凝土復合材料結構中的計算分析

摘 要：混凝土結構由于受荷載變化、材料、施工質量等因素影響，會造成結構的強度、剛度不足，玻璃鋼-混凝土復合材料結構則改善其性能。本文通過ansys 有限元軟件計算，分析說明了玻璃鋼-混凝土復合材料結構將有力的提高結構的強度和剛度。
關鍵詞：ansys，混凝土、玻璃鋼-混凝土、有限元、復合材料
ANSYS’s calculation in glass fibre reinforced plastics- concrete
composite material structureYIN BO(Dept.of Civil Engin,Hydr and Civil Engin Coll, Yangzhou University, Yangzhou, 225009, China)Abstract: As the variety of load、material、constructional quality and so on ,concrete structure may be insufficient inintensity and rigidity. Glass fibre reinforced plastics- concrete composite material structure can improve its capacity. With the calculation of ansys, this paper indicate that glass fibre reinforced plastics-concrete
composite material structure will raise the intensity and rigidity.
Key words: ansys ,concrete, glass fibre reinforced plastics- concrete, finite element; composite material
1．前言
    鋼筋混凝土結構合理地利用鋼筋和混凝土兩種材料的力學性能，因而具有整體性、耐久性等優點。但同時也存在著自重大等缺點，在受彎構件中較顯著。自重太大，對于設計大跨度結構、高層建筑以及抗震結構都很不利。針對普通鋼筋混凝土梁以及經由玻璃鋼加固的鋼筋混凝土復合梁，通過ansys 有限元軟件計算分析說明了玻璃鋼-混凝土復合材料結構將提高其強度和剛度。
2．用ANSYS 進行有限元計算
    有限元法是目前工程技術領域中實用性最強、應用最為廣泛的數值計算方法。它的基本思想是將問題的求解域劃分為一系列單元，單元之間靠節點連接。單元內部點的待求物理量可由單元節點物理量通過選定的函數關系插值求得。由于單元形狀簡單，易于由平衡關系或能量關系建立節點量之間的方程式，然后由單元方程再形成總體代數方程組，加入邊界條件后即可對方程組求解。以ANSYS 為代表的有限元分析軟件具有以下優點:減少設計成本、縮短設計和分析的循環周期、增加產品和工程的可靠性、采用優化設計、降低材料的消耗和成本、在產品制造或工程施工前預先發現潛在的問題、可以進行模擬實驗分析、進行機械事故分析,查找事故原因。ANSYS 軟件是集結構、熱、流體、電磁、聲學于一體的大型通用有限元分析軟件,可廣泛地應用于土木工程、交通、水利、鐵道、石油化工、航空航天、機械制造、國防軍工、電子、造船、生物醫學、地礦、日用家電等一般工業及科學研究。
    本文采用鋼筋混凝土梁為單筋矩形梁，截面為26kN 26kN100ｍｍ×150ｍｍ，底部配有2φ12 鋼筋。混凝土抗壓0.353kN/m強度ｆｃ=30ＭＰａ。梁受荷載：0.353ｋＮ/ｍ作用和三分點處各受兩個集中荷載26ｋＮ作用如圖1 所示。

2.1 鋼筋混凝土梁的計算
    鋼筋混凝土結構比較特殊，是由兩種材料所組成，可分別建立其模型。也有較方便的方法，本文即是采用的solid65 鋼筋混凝土單元。先建立實體模型，設置solid65 單元屬性和材料特性。然后對其進行網格劃分，再施加荷載和位移約束，即可對該鋼筋混凝土梁進行有限元計算，如圖2 所示。

2.2 玻璃鋼加固的鋼筋混凝土梁的計算
    在上述的鋼筋混凝土梁上、下各加一層玻璃纖維-環氧復合材料，厚度均為2mm。建立實體模型，利用solid65 對鋼筋混凝土進行網格劃分。利用疊層復合材料實體單元、solid46 單元對玻璃纖維進行網格劃分。設置復合材料特性，施加荷載和位移約束，得玻璃鋼加固的鋼筋混凝土梁計算結果如圖3 所示。

2.3 兩種梁計算結果比較
    對上述兩種梁，通過ansys 有限元軟件計算，得出梁的最大撓度、橫截面上的正應力及von-mises 應力數值如表1 所示。#p#分頁標題#e#

3．結論
    1．鋼筋混凝土構件及玻璃鋼加固的鋼筋混凝土構件均為多種不同性質材料所組成，理論計算較為復雜，而應用ansys 有限元軟件計算則很行之有效。
    2．通過ansys 計算表明：玻璃鋼加固的鋼筋混凝土梁撓度大為減小，這對減輕鋼筋混凝土構件自重具有指導意義。
    3．玻璃鋼加固的鋼筋混凝土梁的橫截面上的正應力及Von-mises 應力數值都較普通鋼筋混凝土梁的數值低，這同時說明提高了梁的強度，增加了構件抵抗破壞的能力。