(中國民航大學(xué)機(jī)場學(xué)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(xué)機(jī)場學(xué)院天津300300)

本文通過對橫梁上加載一組靜載來模擬實(shí)際工程中橫梁的受力情況，通過提取橫梁內(nèi)的彎矩圖和拉壓應(yīng)力圖我們可以看出在此靜載組作用下梁內(nèi)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(nèi)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(yīng)力大小息息相關(guān)，彎矩越大，則由材料力學(xué)知識可知此處拉應(yīng)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(yīng)力大小，系統(tǒng)地對橫梁破壞位置可能性來進(jìn)行研究，并對比理論解和ABAQUS模擬解，為實(shí)際工程中分段定點(diǎn)保護(hù)橫梁提供了更可靠依據(jù)。

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(qiáng)度一般很低，則很容易使橫梁底部表面的混凝土產(chǎn)生裂紋[1]。本文通過對實(shí)際荷載的模擬，給出了梁內(nèi)各個節(jié)點(diǎn)所受的彎矩大小和拉應(yīng)力大小，通過對梁內(nèi)各個節(jié)點(diǎn)彎矩和拉應(yīng)力的查看，我們可以找出橫梁上最容易發(fā)生破壞的區(qū)域，并加以保護(hù)，可以有效的節(jié)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(jù)材料力學(xué)所學(xué)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(jié)點(diǎn)的彎矩，做出彎矩圖。

A點(diǎn)彎矩：

-(80×1.2)=-96kN·m

B點(diǎn)彎矩：

-(80×2.4-20×1.2)=-168kN·m

C點(diǎn)彎矩：

-(80×3.6-20×2.4-40×1.2)=-192kN·mD點(diǎn)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(yīng)的拉應(yīng)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(yīng)力達(dá)到最大，為最不利位置，最容易發(fā)生破壞，應(yīng)該加以防護(hù)。

三、基本參數(shù)和建模過程

在建模過程中將實(shí)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(yīng)位置，輸出加載后梁底部的彎矩圖和拉應(yīng)力圖。

四、計算結(jié)果與比較

按照沿梁底部定義的Path路徑輸出彎矩和拉應(yīng)力[3]，梁底部的彎矩圖和拉應(yīng)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(yīng)力

可以看出，通過ABAQUS有限元仿真模擬計算出的結(jié)果與理論計算結(jié)果相差不大，彎矩和拉應(yīng)力皆在C點(diǎn)處達(dá)到最大。可以看出C處即為最不利位置，最容易使梁發(fā)生開裂。

五、結(jié)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(diǎn)處的彎矩和拉應(yīng)力最大，為最不利位置，最容易發(fā)生破壞，應(yīng)該給予適當(dāng)?shù)姆婪洞胧┍苊饬旱撞炕炷灵_裂。

[1]劉壽梅，王清和.用機(jī)動法作連續(xù)梁內(nèi)力影響線的問題與建議[J].力學(xué)與實(shí)踐，2001(2)：61.

[2]朱世峰，馬明，周志祥.計算結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)中移動載荷的簡化方法[J].工程結(jié)構(gòu).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(shè)計中的應(yīng)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(jī)場工程研究方向，中國民航大學(xué)機(jī)場學(xué)院，天津市東麗區(qū)。