摘要：文章利用有限元方法模拟了钢筋混凝土梁的受力状态，借助三维实体和杆件单元分别模拟混凝土和钢筋。提取相应的应变、应力和裂缝分布图，清晰的反映了梁受力的全过程，结构与试验吻合较好。
　　关键词：有限元；钢筋混凝土；梁
　　中图分类号：TU457　文献标识码：A　文章编号：1006-8937(2011)02-0132-01
　　
　　对于钢筋混凝土构件，材料的非线性与几何非线性同时存在，试验方法存在一定的局限性，导致对钢筋混凝土构件的内部受力状态和破坏机理的研究不够深入。随着计算机的普及和有限元方法的完善，运用数值模拟方法检验和代替部分试验，具有节约成本、方便等有点。
　　
　　1　有限元分析的意义
　　
　　　混凝土是由水泥、水、砂和石子及各种掺合料硬化而成，是成分复杂、性能多样的建筑材料。长期以来，人们用线弹性理论来分析钢筋混凝土结构的应力或内力，而以极限状态的设计方法确定构件的承载能力。这种方法往往是基于大量的试验数据基础上的经验公式，虽然能够反映钢筋混凝土构件的非弹性性能，但是在使用上存在局限性，也缺乏系统的理论性。随着计算机的发展，有限元法在工程领域得到了越来越广泛的应用。有限元法可以提供大量的结构反映信息，例如结构位移、应力、应变、混凝土屈服、钢筋塑性流动和裂缝发展等。这些对于研究钢筋混凝土结构的性能和改进工程结构设计都有重要的意义。
　　
　　2　有限元法在钢筋混凝土梁中的应用
　　
　　2.1　建模
　　选用SOLID 65单元来模拟钢筋混凝土梁。单纯模拟混凝土时，其参数主要包括：弹性模量、迫松比、张开与闭合滑移面的剪切强度缩减系数与抗拉与抗压强度与极限双轴抗压强度、周围静水应力状态、静水应力状态下单轴与双轴压缩的极限抗压强度与断裂发生时刚度乘子。其中，1～6是必须输入的，7—11要么不输入，都采用默认值，如果输入其中一个，其他的都需要输入；另外，与在0～1之间取值，具体如何取值，是值得探讨的话题，但有一点是肯定的，不能将剪切缩减系数，取的太小，否则，就很难不收敛，分析一个梁的极限荷载时，剪切缩减系数的取值影响也不是很大。
　　


　　以工程中最常见的钢筋混凝土梁为模拟对象，在梁中间截面施加集中荷载、两端处施加铰支座约束。具体如图1所示。
　　
　　2.2　变形图
　　直梁发生弯曲变形时，除个别受约束处以外，梁内各点都要移动，即都有线位移。由于各个横截面形心的线位移不同，以致原为直线的形心轴变为平滑曲线。这个曲线称为挠曲线。一般的梁是在弹性变形之下工作的，因此，挠曲线也称为弹性曲线。若外力作用于纵向对称平面内或作用于梁的形心主惯性平面内，则直梁将发生平面弯曲，即挠曲线成为一段平面曲线而位于外力作用平面内。挠曲线所在的平面常称为弯曲平面。
　　输入命令“／POSTl”进入后处理模块，用节点位移显示命令“PLDISP，1”显示加载方式下的变形图，如图2所示。
　　从图2中可以看出，在集中荷载的作用下，以梁发生向下弯曲，以中间截面弯曲最大、两端最小。
　　
　　2.3　裂纹图
　　进入concrete plot-crack crush中，显示如图所示的裂纹分布图。图3清晰的反映了梁受力全过程中的裂缝发展，与工程中的破坏形式吻合较好。
　　
　　3　结语
　　
　　有限元方法模拟钢筋混凝土梁可以代替部分试验，其计算结果与实际能较好的吻合。应力分布直观的表现了构件受力的薄弱的环节，这将为今后的工程设计提供一定的理论依据。
　　　参考文献：
　　[1]江见鲸，陆新征，叶列平.混凝土结构有限元分析[M].北京：清华大学出版社，2005.