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混凝土叠合结构具有整体刚度大，抗震性强，节约钢材、水泥和模板，施工简便且能缩短工期等优点.有限元法是在连续体力学领域应用的一种数值分析方法, ANSYS是由美国ANSYS公司开发的用于微机平台的大型有限元分析软件，其功能强大.近年来，ANSYS逐步在土木工程中得到应用，但对混凝土叠合结构中的预制倒T形板ANSYS分析尚不多见基此，本文首先采用有限元软件ANSYS对已完成工程试验的预制倒T形板YTB4812进行了非线性有限元分析，通过反复试算，研究了不同参数取值对分析结果的影响;然后利用最优参数组对其他型号预制倒T形板进行了仿真模拟试验，验证了这些型号预制倒T形板的可行性。
1 预制倒T形板非线性有限元理论
1.1钢筋混凝土材料的本构关系
(1)混凝土的本构关系.采用多线性等向强化材料，在通过tb, miso定义混凝土材料模型时需要输入混凝土的应力应变关系，本文采用的混凝土本构关系模型为清华大学过镇海教授提出的分段式曲线模型.该模型也是文献中采用的模型。
该模型的曲线方程具体表示为
式中，x=ε/εe;y=σ/fc。上升段和下降段在曲线峰点连续，每段各有1个参数，具有相应的物理意义。上升段参数a为混凝土初始弹性模量E0与峰值割线模量Ep=fc/εp的比值，有
下降段参数b的取值范围为0＜b<，当b=0时,y1，峰点后为水平线(全塑性);当b=时，y0，峰点后为垂直线(脆性).
(2)钢筋的本构关系.预制倒T形板中采用的预应力钢筋为冷拉带肋钢筋，为多线性弹塑性材料.
1.2混凝土的屈服准则
在本文预制倒T形板非线性有限元分析中，在利用tb, miso定义混凝土材料时便定义了默认的Mises模式的屈服准则、硬化规律及流动法则.
1.3钢筋混凝土材料的破坏准则
(1)钢筋的破坏准则.在预制倒T形板的非线性分析中，钢筋采用理想弹塑性的本构模型，当钢筋应力超过其极限抗拉、抗压强度，即视为破坏.
(2)混凝土的破坏准则.采用ANSYS默认Willam Warnke五参数破坏准则，
1.4混凝土裂缝数学模型
在钢筋混凝土结构的有限元分析中，常用裂缝模型有:分布裂缝模型和离散裂缝模型.本文采用分布式裂缝模型.
2 YTB4812预制倒T形板非线性有限元分析
2.1单元选择
ANSYS单元库中用于模拟混凝土的单元为SOLID65单元，主要用于模拟三维混凝土和预应力混凝土单元.其实体模型具有拉裂、压碎、塑性变形及徐变、单元生死等性能;具有8个节点，每个节点具有3个方向的自由度(Ux、Uy、Uz)，同时还可对3个方向的含筋情况进行定义.
钢筋单元的模拟采用ANSYS单元库中的LINK8单元，三维LINK8单元可用于模拟钢杆，斜拉索等.单元的2个节点具有3个方向的自由度，LINK8单元只能承受拉应力和压应力，不承受弯矩和剪力，它具有塑性、膨胀、应力刚化、大变形、大应变、单元生死等功能.
2.2材料参数的选取
预制倒T形板YTB4812的有限元分析涉及到2种材料:C30混凝土;预应力钢筋(冷轧带肋钢筋).工程试验中C30混凝土的实测极限抗压强fcu=37.6N/mm2;弹性模量取3.24x10*4N/mm2;泊松比0.2;混凝土的峰值应变为εp=0.0016;混凝土采用多线性等向强化材料。钢筋采用多线性弹塑性材料，弹性模量取1.9x10*5N/mm2;泊松比为0.3;实验极限强度fu=712N/mm2。
2.3结构计算模型
建立计算模型时严格按照构件的设计参数进行建模，采用从底向上的建模方式。网格化时采用对应网格划分方法，划分单元时设定单元在Z轴方向尺寸为90 mm。预应力通过给钢筋加初应变的方式实现网格划分后的计算模型如图1所示。
2.4结果分析
ANSYS工程分析软件后处理分为通用后处理模块和时间历程后处理模块.在通用后处理模块中可以得到构件计算结果的等值应变图、等值应力图、变形图和构件开裂及压碎图;在时间历程后处理模块中可以得到每个结点和每个单元的位移-时间图及结点反力-时间图，通过处理还可得到每个结点的位移与荷载的关系预制倒T形板YTB4812计算结果如图2所示.与工程中实际试验结果对比，极限荷载的计算结果具有很好的精确度;但跨中挠度值有一定误差。分析可得挠度误差的主要原因有:在有限元计算时将结构离散化是一个把无限自由度的结构转化成有限自由度结构的过程，即把结构刚化了;实际试验构件的制作过程存在一定的误差。
3 参数取值对收敛速度和结果精确度的影响
本文在分析计算过程中通过反复的试算研究了参数的不同取值对收敛速度和结果精确度的影响.
3.1网格密度对结果的影响
本文在分析过程中保证单元在X, Y轴的尺寸不变，以单元在Z轴方向的不同对结构进行网格化，经过反复的试算，研究了网格密度对收敛速度和结果精确度的影响.计算结果表明网格密度太细需要大量的CPU计算时间，且很难收敛;而太粗的网格密度使得计算容易收敛，但计算结果(如极限荷载)偏小。图3为单元在Z方向的尺寸分别取90 mm, 135mm, 180 mm时的计算结果。图中90 mm, 135 mm曲线基本完全重合，但180 mm曲线所示的极限荷载小于其它曲线。
3.2 LNSRCH, on/off(线性搜索开关)对结果的影响
线性搜索方法通常可以使计算更容易收敛，但需花费大量的CPU计算时间。其计算结果相对偏大，但幅度很小。图4为线性搜索打开与关闭的计算结果对比图。从图中可看到2种方法计算结果非常接近。
3.3混凝土本构关系模型中参数a、b不同取值对结果的影响
分别使用文献推荐的a、b值进行了计算，结果如图5、图6所示(1, 2号线分别为按文献[5], [6]取值的计算结果)。对比计算结果，利用文献[5]推荐的取值得到的计算结果更精确。
3.4裂缝剪力传递系数对结果的影响
利用ANSYS对混凝土结构计算时，需要设置裂缝张开剪力传递系数和裂缝闭合剪力传递系数，目前对这2个参数的取值还没有统一的结论，文献[7]建议取为0.3-0.5 ;文献[8]认为应根据结构实际情况取值;文献[9]仅指出了取值范围;而文献[10]中仅指出这2个参数的取值不能太小。本文分析时利用不同的取值组合进行试算，计算结果表明这2个系数取较大值结果更理想。图7为计算结果对比图。图中1、2、3号线分别对应的系数组合为0.3、0.5、0.5、0.80.8、0.9。
4 预制倒T形板仿真模拟试验
利用研究得出的最优参数组，对如表1所示不同跨度预制倒T形板进行仿真试验，跨度分别为3m、3.6 m、4.0 m、4.2 m、4.5 m、4.8 m。6种试件的荷载一挠度计算值如表2所示。
表2中，G1k为构件自重标准值;Gd为承载力检验荷载设计值;Gu为极限荷载;ru为承载力检验系数;[ru]为承载力检验系数允许值;δu为G1k作用下的荷载值;[δu]为短期挠度允许值。从表2中可看出仿真试验结果满足要求，说明该组T形叠合板是可行的。
5 结论
(1)应用大型有限元分析软件ANSYS对预制倒T形板进行了非线性有限元分析，计算值比较接近试验值，说明用ANSYS建立的模型比较符合实际情况，为研究预制倒T形板提供了可行的方法。
(2)不同参数取值对预制倒T形板分析结果有一定影响，研究表明，采用合适的网格密度，线性搜索开关关闭，适当的材料本构关系，较大的裂缝剪力传递系数，不但可以节省计算机时间，而且分析结果具有较好的精度。
(3)与经验设计加试验验证方式相比，用有限元分析方法能较好地对实际工程进行模拟，提高了结构设计的经济性和可靠性，为此利用本文得到的最优参数组对不同型号预制倒T形板进行了仿真模拟试验，验证了这些型号预制倒T形板的可行性。
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