负弯矩区钢混组合梁开洞试验及研究

组合梁是由混凝土和钢材两种材料组合而成的，混凝土作为一种内部结构复杂的多相材料，与钢材的属性差异很大，这就使得组合梁的有限元计算变得比较复杂，正常收敛也比较困难。ANSYS分析中，在结构接近失效状态时，正常收敛会变得越来越困难，这种不收敛情况是比较正常的，可以通过处理荷载步的方法进行结果分析。但有时也会有在较小的荷载作用下即出现计算无法继续进行的情况，这种不收敛情况则属于非正常的不收敛。为了尽量避免在组合梁有限元模拟计算中出现非正常的不收敛情况，可以考虑对以下因素进行调整：

（1）混凝土建模方式

ANSYS中混凝土建模主要有分离式、组合式和整体式3种方式。与分离式建模相比，整体式建模具有建模简单、计算更容易收敛的优点。对于钢-混凝土组合梁来说，由于混凝土板内钢筋布置比较复杂，这里优先采用了整体式方法建立混凝土的有限元模型。对于Solid65混凝土单元中的Keyopt选项，设置成考虑混凝土的拉应力释放，更有利于计算收敛。在分析的时候可以关闭混凝土压碎选项，当不考虑混凝土的压碎时，计算容易收敛，当考虑混凝土的压碎时，收敛变得困难，而该项对于计算结果的影响并不是很大，可以关闭压碎选项。

（2）网格的密度

网格划分越小，计算精度就会变得较高，但是也带来了应力集中的问题，使得混凝土开裂过早，也给收敛带来了困难。因此，需要在保持精度的同时选择合适的网格密度。同时，考虑钢梁腹板洞口的存在，为了得到满意的计算结果，需要对洞口区域进行网格细分。

（3）加载点和支座的处理(www.xing528.com)

实际工程中的荷载多为面荷载作用，点荷载直接作用的情况比较少见，为准确模拟，我们在组合梁模型的加载点上设置了刚性垫板再施加荷载。由于试件是反向加载，支座设置在混凝土板两端，此时支座处是比较容易产生应力集中的，解决的方法是在支座处增加垫板防止应力集中，同时在支座位置的钢梁腹板上设置加劲肋。

（4）子步数

ANSYS中子步数的设置是非常重要的，过大或者过小都难以正常收敛，可以通过不断调试找到合适的子步数，比如：通过分析收敛过程追踪图，若实际范数曲线远在收敛范数曲线以上并且难以收敛时，就考虑可以增大子步数。

（5）收敛准则及精度

收敛准则对收敛和计算结果都有很大的影响，当为力加载时，可以采用位移收敛准则；当为位移加载时，可以采用力收敛准则。改变收敛精度并不能从根本上解决收敛问题，但适当放宽精度可以加快收敛速度，不过对最终的计算结果会产生影响，甚至得到错误的结果，所以建议将收敛精度控制在5%以内。