基于ABAQUS在荷載組作用下橫梁最不利位置研究

(中國民航大學機場學院 天津 300300)

基于ABAQUS在荷載組作用下橫梁最不利位置研究

孫盼峰

(中國民航大學機場學院天津300300)

本文通過對橫梁上加載一組靜載來模擬實際工程中橫梁的受力情況，通過提取橫梁內的彎矩圖和拉壓應力圖我們可以看出在此靜載組作用下梁內的受力情況。我們知道混凝土破壞主要是受拉破壞，橫梁破壞主要是由于梁內彎矩過大使梁底部受拉開裂造成的，破壞位置與此處所受彎矩大小和拉應力大小息息相關，彎矩越大，則由材料力學知識可知此處拉應力越大，破壞的可能性越大。本文通過提取橫梁上各個位置所受的彎矩大小及梁底部的拉應力大小，系統地對橫梁破壞位置可能性來進行研究，并對比理論解和ABAQUS模擬解，為實際工程中分段定點保護橫梁提供了更可靠依據。

最大彎矩；荷載組；破壞面

一、引言

對于橫梁來說，最容易破壞的部位一般是在底部。由于鋼筋混凝土梁一般是底部受拉，而混凝土的抗拉強度一般很低，則很容易使橫梁底部表面的混凝土產生裂紋[1]。本文通過對實際荷載的模擬，給出了梁內各個節點所受的彎矩大小和拉應力大小，通過對梁內各個節點彎矩和拉應力的查看，我們可以找出橫梁上最容易發生破壞的區域，并加以保護，可以有效的節約工程成本。

二、背景知識和理論

圖1 梁上靜載組作用示意圖

如上圖所示為橫梁受力示意圖，梁長6m，靜載間距為1.2m，兩端鉸接。根據材料力學所學知識，我們可以算出在左端支座反力為80kN，按照以下方法依次算出各個節點的彎矩，做出彎矩圖。

A點彎矩：

-(80×1.2)=-96kN·m

B點彎矩：

-(80×2.4-20×1.2)=-168kN·m

C點彎矩：

-(80×3.6-20×2.4-40×1.2)=-192kN·mD點彎矩：

-(80×4.8-20×3.6-40×2.4-60×1.2)=144kN·m其中梁兩端鉸接，彎矩為零，則彎矩圖如下：

圖2 橫梁彎矩圖(kN·m)

對于梁來說，其上下表面所受彎矩相同，可以通過公式(1)[2]來算出相應的拉應力。

(1)

由此計算可以看出橫梁在此組荷載作用下，在C處彎矩和拉應力達到最大，為最不利位置，最容易發生破壞，應該加以防護。

三、基本參數和建模過程

在建模過程中將實體簡化為一個長6m寬0.5m的二維shell部件，賦予其鋼筋混凝土屬性，左端約束水平和豎向位移，右端約束豎向位移，將上圖所示的靜力組作用在所建模型對應位置，輸出加載后梁底部的彎矩圖和拉應力圖。

四、計算結果與比較

按照沿梁底部定義的Path路徑輸出彎矩和拉應力[3]，梁底部的彎矩圖和拉應力圖如下：

圖3 ABAQUS模擬中梁底部彎矩圖

圖4 ABAQUS模擬中梁底部拉應力

可以看出，通過ABAQUS有限元仿真模擬計算出的結果與理論計算結果相差不大，彎矩和拉應力皆在C點處達到最大?？梢钥闯鯟處即為最不利位置，最容易使梁發生開裂。

五、結論

通過ABAQUS有限元仿真模擬和理論解析，我們可以看到，在上述橫梁中C點處的彎矩和拉應力最大，為最不利位置，最容易發生破壞，應該給予適當的防范措施避免梁底部混凝土開裂。

[1]劉壽梅，王清和.用機動法作連續梁內力影響線的問題與建議[J].力學與實踐，2001(2)：61.

[2]朱世峰，馬明，周志祥.計算結構動力響應中移動載荷的簡化方法[J].工程結構.2008，28(4)：139.

[3]郭健，孫炳楠，毛卓鵬.局部空間有限元模型在橋梁設計中的應用[J].中國市政工程.2002，99(3)：33-35.

孫盼峰(1994.2-)，男，漢，陜西省，碩士研究生，機場工程研究方向，中國民航大學機場學院，天津市東麗區。