钢筋混凝土梁的研究

刘 莹 徐 洁

摘要:文章借助于数值模拟方法研究了钢筋混凝土梁在集中荷载作用下的受力状态。通过分析得到的位移、应力图,清晰的反映了梁受力的全过程,并与实践吻合较好。

关键词:钢筋混凝土梁;数值模拟;应力

中图分类号:TU7 文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)20-0139-01

随着计算机的发展,数值模拟方法在工程领域得到了越来越广泛的应用。数值模拟可以提供结构位移、应力、应变、混凝土屈服、钢筋塑性流动等信息,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。

1数值模拟的意义

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。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。随着计算机的普及和完善,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。

2钢筋混凝土梁的模拟分析

2.1模型建立

以钢筋混凝土梁为例进行模拟分析:梁长6 m,高取为500 mm,截面宽度去为300 mm,在跨中施加集中荷载20 kN,梁左端施加可动铰支座约束,右端施加固定铰支座约束。具体见图1所示。

2.2位移图

受力前的图形为图2中的边框线,梁在集中力荷载作用下的位移图为图2中的实体。在集中荷载的作用下,以梁跨中间的位置向下弯曲最为明显,越到两端位移越小,直至为零,这与假设的边界约束条件相一致。

2.3应力图

从图中可以看出,梁受力后跨中截面部分的应力最大[2]。随着荷载的逐步加大跨中部分的应力变成红色,表明此处为梁的受力薄弱环节,在结构设计和施工中此处都应该加强措施以保证梁构件的安全。

3结 语

数值模拟方法以其自身强大的优势,在一定程度可以起到辅助和代替部分试验的重要作用。在今后的发展研究中,随着数值模拟理论的不断进步,它必将会为工程实践提供准确的理论依据。

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.

[2] Tianhu He,Mingzhi Guan. Finite Element Method to aGeneralized Two-dimensional Thermo-elastic Problem with Thermal Relaxation, Proceedings of the Third InternationalConference on Mechanical Engineering and Mechanics,Vol1,Beijing,P.R.China,Oct.21-23:278-283.