基于有限元软件ABAQUS的组合结构分析
基于有限元分析钢桁架混凝土组合梁桥的力学性能
安徽建筑中图分类号：U448.21+1文献标识码：A文章编号：1007-7359（2024）3-0162-03DOI:10.16330/ki.1007-7359.2024.3.059为了使传统钢桁架桥在结构体系上更趋合理、经济性能更具竞争力，钢-混凝土组合桁梁桥应运而生。
其主要通过剪力连接件将混凝土桥面板和钢桁架上弦杆组合在一起共同受力，目前国内外普遍采用有限元分析对钢桁架-混凝土组合结构的力学性能进行研究。
在模拟方法及模型建立方面，王军文等[1]采用了空间杆系梁单元来模拟钢桁架梁，矩形板壳单元模拟公路桥面板；朱海松[2]运用有限元程序SAP-5进行分析，对主桁架分别采用空间刚接梁单元和空间铰接杆单元两种形式进行建模，对混凝土桥面板则亦采用板壳单元建立；周惟德和陈辉求[3]将组合桁架划分为四个单元，混凝土面板采用板单元，钢桁架的上下弦杆采用钢架单元，腹杆则采用杆单元。
不同学者根据所建得的不同模型得出了有关钢桁架-混凝土组合结构的各种研究成果，为后人提供了坚实的基础和有益的参考。
本文基于有限元软件ABAQUS6.10，依托天津滨海新区西外环海河特大桥主桥（95+140+95）m ，建立有限元模型，比较分析钢桁架-混凝土组合梁桥和纯钢桁架梁桥的力学性能。
1研究对象依托工程为上承式钢桁架-混凝土组合梁桥。
立面简图见图1，节点间距及腹杆高度见表1。
图1组合桁架立面简图2计算模拟方法及模型的建立为了保证模型的收敛性，将桁架杆件均划分为梁单元，将桥面板离散为板壳单元。
混凝土桥面板被看成是各向同性的均质材料，且不考虑钢筋的作用，桥面板既可承受压力亦可承受拉力，且不会开裂而导致刚度降低。
所有构件均在弹性范围内工作，其应力-应变关系符合胡可定律，所有由于加工制造和安装原因导致的缺陷、偏心和残余应力影响均不考虑。
分别计算纯钢桁架结构和钢桁架混凝土组合结构在结构自重+活载（汽车荷载）下的位移和应力。
对结构自重（包括结构附加重力），可按结构构件的设计尺寸与材料的重力密度计算确定，桥梁结构的整体计算采用车道荷载，车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。
基于ABAQUS的砌体结构有限元模拟方法
一、引言
在我国，砌体结构房屋在中小城市、乡镇和农村地区大量存在。由于砌体结构材料自身的抗剪强度较 低，延性差，因此在地震中震害严重。传统的构造柱圈梁技术，可有效保证结构的整体效应，但砌体结构 的数值模拟研究较为困难，本文将基于ＡＢＡＱＵＳ有限元软件对砌体结构进行模拟，并探讨其方法和效果。
二、有限元分析方法
而且二维Ｂｅａｍ单元中不能采用ｃｏｎ饿Ｉｃ
钒筋采用三结点二次三维桁颦单元Ｔ３Ｄ２。
Ｄａｍａｇｅ
Ｐ Ｌａｓｔｉｃｉｔｙ奉构ｆ混凝土损伤鞘性模型模拟效果较好１．摹于
以上原因，本文采用实体单元模拟，对于模型中的混凝土和砌体部分，模型采用线性减缩积分单元Ｃ３ＤＳＲ， ａｂａｑｕｓ加钢筋的办亍去有几种：Ｉ、采用ｒｅｂ盘ｒｌａｙｅｒ的办法，在ｐａｒｔ里面画一个面，然后在ｐｒｏｐｅ对里面 定义一个ｓｕｒｆａｃｅ为ｒｅｂａｒｌａｙｅｒ，然后在ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ中ｅｍｂｅｄ巾把钢筋层ｅｍｂｅｄ到混糍土实体中上。２、采用
工业建筑２０１１增刊
１３５３
第ｆ一届仝国现代结构Ｔ程学术目讨会
总体来说．分离模型可以模拟砌块与砂浆之问的作用和砌体破坏机理．适用于模拟小型试验砌体的破 坏行为，但¨算越＾，建模繁琐：整体连续体模型适于分析人规模的墙体．但对于详细的应力分析和理衅 砌体多样的失散机理却显得不足。采用哪种模型一般应视分析ｆ１的而定…。本文分析的模型为砌体整体结构． 分析模型较大．是对整体结构进行模拟．主要是考虑结构的宏观反应，宜选取整体式有限元模型进行计算， 建模町更快捷，计算量更小。 （二）单元选择厦建模方法 对于结构的模拟，有两种思路，一种是采用粱单兀模拟构造梓，壳单元模拟堵体及愤制空心楼板，一 种足聚用实体单元模拟柱和墙及楼板，鉴于当用第种方式模拟时，科！和墙，墙和楼板的连接小描处理，
基于 ABAQUS 的钢筋混凝土 T构转体结构有限元分析
基于 ABAQUS 的钢筋混凝土 T构转体结构有限元分析冯然;孟尚伟;宋满荣【摘要】Aimed at a railway bridge under construction going across the existing railway line ,in order to reduce the impact on the operation of the existing railway lines ,the rotation construction method of hanging basket and pouring 2‐64 m T‐shape concrete at one side of the existing railway lines ,and rotating the box girder to the design location around the main pier at the other side of the existing railway line was used .Numerical simulation was conducted using ABAQUS on the stress distribution of the T‐shape rotary structure ,and the results by finite element analysis were compared with real‐time monitoring data on site . The results show that the T‐shape rotary structure is generally at a low stress state ,but the stress concentration is also found elsew here . It is recommended to facilitate the T‐shape rotary structure to meet the construction requirements by local reinforcement to ensure the safety and reliability of the rotation construction .%针对某在建横跨铁路特大桥与铁路左右线相交，为了减少对既有铁路线运营的影响，采用在平行既有铁路线一侧挂篮浇筑2～64 m混凝土T 构，再以主墩为中心将箱梁转动到桥位的转体施工方法。
基于ABAQUS二次开发的RC框架结构屈服机制
基于ABAQUS二次开发的RC框架结构屈服机制罗维刚;陶昱儒;宋一容【摘要】为了研究水平荷载作用下钢筋混凝土现浇楼板对框架结构屈服机制的影响，首先验证了适用于ABAQUS非线性纤维梁单元用户材料子程序的准确性，在此基础上，建立带有楼板及其钢筋的框架模型和空框架模型，分析结构变形方式、各榀框架节点梁柱内力分配以及节点受拉区板筋的参与工作范围。
研究表明，现浇楼板影响空间框架结构“强柱弱梁”屈服机制的实现；框架节点受拉区板筋内力和参与工作范围随着框架侧移的增加而增大；梁端受拉区的有效翼缘宽度取梁侧6倍板厚并不全面，应结合不同侧移和设防烈度进行全面分析。
%In order to study the failure mode of the cast-in-place RC frame structure under horizontal load, the accuracy of the nonlinear fiber beam element which is suitable for ABAQUS software is verified first. Then, regular RC frame structures and RC frame structures with monolithic slab are established separately to analyze the structural deformation patterns, the internal forces of frame beams and columns and the effective flange width at the tension zone of the frame joints. Numerical results indicate that it is difficult for the RC frame structure with monolithic slab to achieve the failure mode of “strong column-weak beam”. Besides, the slab rebar force and the effective flange width at the tension zone of the frame joints become greater as the frame displacement increases. W hat’ s more, the effective flange width at the tension zone of the frame joints cannot be approximated suggested as 6 times slab thickness, lateral displacement and other seismic fortification intensity should be taken into account.【期刊名称】《土木工程与管理学报》【年(卷),期】2016(033)005【总页数】5页(P1-5)【关键词】框架结构;屈服机制;ABAQUS二次开发;有效翼缘宽度【作者】罗维刚;陶昱儒;宋一容【作者单位】兰州理工大学土木工程学院，甘肃兰州 730050;兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室，甘肃兰州 730050;兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室，甘肃兰州 730050【正文语种】中文【中图分类】TU375.4“强柱弱梁”是我国建筑结构抗震设计的基本原则，然而，实际震害调查结果表明[1,2]现浇RC框架结构出现了“柱脚柱头”的破坏机制，主要原因是忽略了楼板对梁的巨大“增强”效应[3]。
大跨度型钢混凝土梁的有限元分析
大跨度型钢混凝土梁的有限元分析
陈琦
【期刊名称】《安徽建筑》
【年(卷),期】2024(31)3
【摘要】随着型钢混凝土组合结构在大跨度建筑结构中的大量应用,相关学者对型钢混凝土承载力的分析也日益深入。
文章以安徽池州某职教中心的报告厅项目为背景,采用有限元软件ABAQUS对实际工程中的21.8m大跨度型钢混凝土梁进行数值模拟,计算梁在已有设计方案下的受力变形特征,并进行应力、变形、损伤分析,验证梁在该设计方案下的安全性与可靠性。
【总页数】3页(P59-61)
【作者】陈琦
【作者单位】安徽省建筑科学研究设计院
【正文语种】中文
【中图分类】TU393.3
【相关文献】
1.大跨度型钢混凝土梁与预应力混凝土梁分析
2.大跨度巨型钢筋混凝土梁施工技术
3.大跨度大截面型钢混凝土梁施工技术研究与应用
4.基于Abaqus的大跨度型钢混凝土转换梁受力性能分析
5.商场建筑大跨度巨型钢筋混凝土梁施工技术
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基于ABAQUS的模态分析
此，振型在坐标变换和解耦系统中发挥着重要的
作用。为了得到振型的矩阵［u］，必须求得系统的
特征值和特征向量，即系统的固有频率和振型向
量。为此，假定系统的振动是由频率的简谐振动
组成，设｛X｝为｛x｝的位移幅值和振幅向量，准 为
初相位，则系统运动方程的形式为:
｛x｝＝｛X｝sin（ωnt＋φ）
（3）
对其求二阶导得：
2.4 边界条件 在典型有限元模态分析中唯一有效的“载荷”
是零位移约束，其它载荷可以在模态分析中指 定，但在模态提取时将被忽略，因而只给有限元 模型施加约束边界条件。炮架本体的炮床通过 19 个螺栓连接到基座上，为准确模拟炮架本体的状 态，约束这些螺栓的 6 个自由度。
3 模态计算与结果分析
3.1 模态计算 机械系统的固有特性，与系统的质量或转动
目前，在国际国内市场上被认可的通用有限 元 分 析 软 件 主 要 包 括 :ANSYS、NASTRAN、
ABAQUS、ADINA、I-DEAS 等。其中，ABAQUS 软 件操作界面非常友好，可以很容易地模拟各种连 接装配关系。本文采用 ABAQUS 有限元软件，对 舰炮炮架本体进行有限元模态分析，求解炮架本 体的固有特性，为整个舰炮动态特性的研究奠定 了基础。
··
｛x｝＝－ωn｛2 X｝sin（ωnt＋φ）
（4）
把（3）、（4）两式代入（1）式，消去因子，整理得
到系统的特征矩阵方程为：
（［K］－ωn［2 M］）｛X｝＝0
（5）
为满足上面的矩阵方程，必须使括号中的矩
阵行列式等于零，这就是特征方程式即：
△（ωn2）＝ ［K］－ωn［2 M］ ＝0
（6）
从特征方程解出特征值，特征值的平方根就
基于ABAQUS模拟的冷弯薄壁型钢组合楼盖研究
重分布达到屈服强度而破坏，有限元模型计算结果与
破坏形态与实验现象表现较为一致。
345673890:;</01=>56?@
A#
试件
类别
CFTST-PSC1 试验数据
承载力 (kN)
72
最大挠度 (mm)
36
面荷载 (kN/m2)
8.33
模拟数据
77
33
8.91
相对误差(%) 6.94
因此，为研究冷弯薄壁型 C型钢桁架组合楼盖的 抗弯性能，本文通过有限元软件 ABAQUS建立仿真
! " # $ 孟祥俊（），男，安徽六安人，毕业于合肥工业大学结构 工程专业，研究生学历，硕士学位。专业方向：钢结构与组合结构。
+ ) 6789:>?,9;>@<=>?
混凝土面板的本构关系模型采用文献[6]所推荐 的模式。
冷弯薄壁型钢结构住宅体系主要是由屋面，楼地 面和复合墙体三大系统构成。与传统的钢筋混凝土结 构体系、砖混结构住宅体系相比较，该体系具有轻质 高强、抗震性能好、绿色环保和能够满足住宅产业化 要求的优势[1-4]。作为冷弯薄壁型钢结构房屋楼地面系 统的重要组成部分，组合楼盖不仅能够将楼面荷载传 递给竖向承重构件，此外，能够将各竖向承重构件联 系起来，为竖向承重构件提供水平支撑，形成良好的 空间结构受力体系。
-8.33
6.94
CFTST-PSC2 试验数据
80
34
9.26
模拟数据
87
32
10.07
相对误差(%) 8.75
-5.88
8.75
CFTST-PSC3 试验数据
128
35
14.81
基于ABAQUS的汽车座椅塑料件有限元分析与结构优化_刘明卓
第18卷第4期2011年8月塑性工程学报JOU RNAL OF PLAST ICIT Y ENGINEERINGVol .18 No .4Aug . 2011doi :10.3969/j .issn .1007-2012.2011.04.023基于ABAQUS 的汽车座椅塑料件有限元分析与结构优化(北京汽车股份有限公司汽车工程研究院,北京 100021) 刘明卓摘 要:利用有限元软件对汽车座椅塑料件最大应变位置、应力分布规律和受力趋势进行分析,得到接近物理实验的结果。
有限元分析结果与物理实验结果比照,提出了更新设计的目标。
对塑料件破坏区域进行厚度和结构合理的修改,提高了座椅塑料件的性能,减轻了质量。
关键词:汽车座椅;塑料件;应变;有限元;结构优化中图分类号:T G115.5 文献标识码:A 文章编号:1007-2012(2011)04-0116-04Finite element analysis and optimal design ofvehicle seat plastic based on ABAQUSLI U M ing -zhuo(BAIC M O T O R Cor po ratio n .,L td .,Beijing 100021 China )A bstract :With FE analysis so ftw are ,the location with maximum strain and the stress distribution rule o f vehicle seat plastic were ana -ly zed .The design target for vehicle seat plastic was presented after comparing with the physical test .By optimizing thickness and structure of local destructive area ,the performance of the who le seat plastic was improved and the mass was reduced obviously .Key words :vehicle seat ;pla stic ;str ain ;finite element ;structure optimizatio n刘明卓 E -mail :liuming zhuo @beijing -atc .com .cn 作者简介:刘明卓,男,1981年生,北京汽车股份有限公司汽车工程研究院,硕士,主要研究方向为汽车结构耐撞性、耐久性及轻量化收稿日期:2011-03-28;修订日期:2011-04-11 引 言汽车产业的迅猛发展与科技成果的不断发明和运用,使汽车座椅发生了很多变化,其中以塑料件的运用最为突出。
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基于有限元软件ABAQUS的组合结构分析
摘要：本文通过大型有限元工程模拟软件ABAQUS对波纹钢腹板组合梁建立有限元模型，并与试验数据作对比，检验有限元分析的正确性。
关键词：组合梁、有限元
Abstract: this paper through the large finite ABAQUS software engineering simulation of the corrugated steel beams webs, a finite element model and with the test data as compared to test the validity of the finite element analysis.
Key words: the composite beams, finite element
0引言
有限元数值分析方法起源于20世纪50年代飞机结构分析，并由其理论依据的普遍性己被推广到其它很多领域。
在结构分析领域，几乎所有的弹塑性结构静、动力学问题都可以用它求得满意的数值结果。
桥梁结构作为众多结构中的一种，利用有限元数值方法分析其力学特性同样可以得到很好的数值分析结果。
波纹钢腹板预应力组合箱梁桥是20世纪80年代起源于法国的一种新型组合桥梁，此类新型结构与传统的混凝土箱梁相比有以下优点：(1) 自重降低，抗震性能好。
腹板采用较轻的波形钢板，其桥梁自重与一般的预应力混凝土箱梁桥相比大为减轻，地震激励作用效果显著降低，抗震性能获得一定的提高。
(2) 改善结构性能，提高预应力效率。
波形钢腹板的纵向刚度较小，几乎不抵抗轴向力，因而在导入预应力时不受抵抗，从而有效地提高预应力效率。
(3)充分发挥各种材料特性。
在波形钢腹板预应力箱梁桥中，混凝土用来抗弯，而波形钢腹板用来抗剪，几乎所有的弯矩与剪力分别由上、下混凝土翼缘板和波形钢腹板承担，而且其腹板内的应力分布近似为均布图形，有利于材料发挥作用。
[1-5]
本文通过大型有限元工程模拟软件ABAQUS对波纹钢腹板试验梁建立有限元模型，并与试验数据作对比，检验有限元分析的正确性。
1 有限元建模
1.1单元选择
有限元工程模拟软件的实体单元库包含二维和三维的一阶插值单元和二阶插值单元，积分方式有完全积分和减缩积分。
三维实体单元有四面体和六面体。
四面体单元有4节点12自由度和10节点30自由度的四面体单元，六面体单元
有8节点24自由度和20节点60自由度的四面体单元。
图1单元类型
a)实体单元b)壳单元c)桁架单元
图2单元类型
在本模型中混凝土采用线性完全积分的六面体实体单元（C3D8），钢腹板采用线性完全积分的壳单元（S4），普通钢筋采用线性两节点的桁架单元（T3D2）。
1.2 模型装配与接触模拟
有限元工程模拟软件可以通过部件模块建立模型的各个组件后，在装配模块中组装成完整的模型。
要求模型中波纹钢腹板和混凝土顶底板之间的平动和转动一致，而且两者之间的应力能够实现传递可以通过接触模块中的固结（Tie）来模拟。
对于试验梁中普通钢筋可以通过接触模块中的埋入单元（Embedded element）进行模拟。
装配完成后的试验梁模型如图3所示。
图3试验梁模型
1.3 单元划分
有限元工程模拟软件提供多种单元划分方法，为了使模型单元划分均匀，模型的混凝土、钢腹板和普通钢筋均采用等间距划分方法。
混凝土单元划分间距为25mm，钢腹板划分间距为20mm。
划分结果如图4所示。
图4 试验梁单元划分
最终全桥共划分为11016个实体单元，4914个壳单元和2448个桁架单元。
1.4 荷载及边界条件
计算工况为在支座范围内以均布力的形式对称作用在试验梁的两个三分
点上，进行4KN、8KN、12KN、16KN、20KN等五个荷载等级加载，如图5所示。
图5 试验梁加载
边界条件为两端支座位置约束位移及转角，其中一端约束位移U1、U2和U3来模拟固定铰支座，另一端约束位移U1、U2来模拟滑动铰支座。
2 挠度分析
计算得出4KN、8KN、12KN、16KN、20KN等五个荷载等级双点中载时挠度，下面仅列出荷载等级为20KN时试验梁挠度图。
为了验证有限元模拟的有效性，同样对有限元工程模拟软件、MIDAS及试验梁三者的跨中截面混凝土底板挠度进行对比。
其中有限元工程模拟软件和试验梁中是取底板两侧波纹钢腹板正下方的挠度平均值。
由图7可以看出，在弹性范围内有限元工程模拟软件中挠度是以每荷载等级0.074mm速度增长，MIDAS中挠度是以每荷载等级0.067mm速度增长，试验梁以每荷载等级0.09mm速度增长，增长呈线性变化。
有限元工程模拟软件和MIDAS挠度增长速度接近，试验梁实测挠度增长速度比两者快，这是由于试验过程中支座发生沉降，而软件模型没有支座沉降。
综上分析，说明本次有限元模拟是有效和准确的。
图6试验梁挠度
图7跨中底板挠度对比
3结语
通过对比，验证了有限元软件模拟试验梁变形与试验梁数据相符，但也发现了有限元应力分布与试验梁实测数据有差别。
这是因为有限元模拟组合结构钢腹板与混凝土顶底板接触和实际情况有差别，有限元软件计算是有效的，但模拟组合结构接触需要我们进一步研究。
参考文献
刘磊，钱冬生. 波纹钢腹板的受力行为[J ]. 铁道学报, 2000, (增刊) .
宋建永.波纹钢腹板体外预应力组合梁力学性能研究[D] .哈尔滨:哈尔滨工业大学，2003.
宋建永，张树仁，王彤，吕建鸣.波纹钢腹板体外预应力组合梁弯曲性能分析及试验研究[J].土木工程学报，2004.37(11) :50-55.
吴文清，万水，叶见曙，方太云.波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应的空间有限元分析[J].土木工程学报，2004，37 (9):31-36 .
周长晓，王福敏，宋琼瑶.波形钢腹板稳定的理论分析及试验研究[J].公路交通技术，2005，(1):54-57.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。