基于ABAQUS在荷载组作用下横梁最不利位置研究

(中国民航大学机场学院 天津 300300)

基于ABAQUS在荷载组作用下横梁最不利位置研究

孙盼峰

(中国民航大学机场学院天津300300)

本文通过对横梁上加载一组静载来模拟实际工程中横梁的受力情况，通过提取横梁内的弯矩图和拉压应力图我们可以看出在此静载组作用下梁内的受力情况。我们知道混凝土破坏主要是受拉破坏，横梁破坏主要是由于梁内弯矩过大使梁底部受拉开裂造成的，破坏位置与此处所受弯矩大小和拉应力大小息息相关，弯矩越大，则由材料力学知识可知此处拉应力越大，破坏的可能性越大。本文通过提取横梁上各个位置所受的弯矩大小及梁底部的拉应力大小，系统地对横梁破坏位置可能性来进行研究，并对比理论解和ABAQUS模拟解，为实际工程中分段定点保护横梁提供了更可靠依据。

最大弯矩；荷载组；破坏面

一、引言

对于横梁来说，最容易破坏的部位一般是在底部。由于钢筋混凝土梁一般是底部受拉，而混凝土的抗拉强度一般很低，则很容易使横梁底部表面的混凝土产生裂纹[1]。本文通过对实际荷载的模拟，给出了梁内各个节点所受的弯矩大小和拉应力大小，通过对梁内各个节点弯矩和拉应力的查看，我们可以找出横梁上最容易发生破坏的区域，并加以保护，可以有效的节约工程成本。

二、背景知识和理论

图1 梁上静载组作用示意图

如上图所示为横梁受力示意图，梁长6m，静载间距为1.2m，两端铰接。根据材料力学所学知识，我们可以算出在左端支座反力为80kN，按照以下方法依次算出各个节点的弯矩，做出弯矩图。

A点弯矩：

-(80×1.2)=-96kN·m

B点弯矩：

-(80×2.4-20×1.2)=-168kN·m

C点弯矩：

-(80×3.6-20×2.4-40×1.2)=-192kN·mD点弯矩：

-(80×4.8-20×3.6-40×2.4-60×1.2)=144kN·m其中梁两端铰接，弯矩为零，则弯矩图如下：

图2 横梁弯矩图(kN·m)

对于梁来说，其上下表面所受弯矩相同，可以通过公式(1)[2]来算出相应的拉应力。

(1)

由此计算可以看出横梁在此组荷载作用下，在C处弯矩和拉应力达到最大，为最不利位置，最容易发生破坏，应该加以防护。

三、基本参数和建模过程

在建模过程中将实体简化为一个长6m宽0.5m的二维shell部件，赋予其钢筋混凝土属性，左端约束水平和竖向位移，右端约束竖向位移，将上图所示的静力组作用在所建模型对应位置，输出加载后梁底部的弯矩图和拉应力图。

四、计算结果与比较

按照沿梁底部定义的Path路径输出弯矩和拉应力[3]，梁底部的弯矩图和拉应力图如下：

图3 ABAQUS模拟中梁底部弯矩图

图4 ABAQUS模拟中梁底部拉应力

可以看出，通过ABAQUS有限元仿真模拟计算出的结果与理论计算结果相差不大，弯矩和拉应力皆在C点处达到最大。可以看出C处即为最不利位置，最容易使梁发生开裂。

五、结论

通过ABAQUS有限元仿真模拟和理论解析，我们可以看到，在上述横梁中C点处的弯矩和拉应力最大，为最不利位置，最容易发生破坏，应该给予适当的防范措施避免梁底部混凝土开裂。

[1]刘寿梅，王清和.用机动法作连续梁内力影响线的问题与建议[J].力学与实践，2001(2)：61.

[2]朱世峰，马明，周志祥.计算结构动力响应中移动载荷的简化方法[J].工程结构.2008，28(4)：139.

[3]郭健，孙炳楠，毛卓鹏.局部空间有限元模型在桥梁设计中的应用[J].中国市政工程.2002，99(3)：33-35.

孙盼峰(1994.2-)，男，汉，陕西省，硕士研究生，机场工程研究方向，中国民航大学机场学院，天津市东丽区。