梁壳组合结构的有限元合理建模

论文题目：钢筋混凝土有限元分析技术在结构工程中的应用学生姓名：刘畅学号：2014105110学院：建筑与工程学院2015 年06月30日有限元分析在钢筋混凝土结构中的应用【摘要】在国内外的土木工程中，钢筋混凝土结构因具有普遍性、可靠性良好、操作简单等优点，而得到了广泛的应用。

钢筋混凝土结构是钢筋与混凝土两种性质截然不同的材料组合而成，由于其组合材料的性质较为复杂，同时存在非线性与几何线形的特征，应用传统的解析方法进行材料的分析与描述在受力复杂、外形复杂等情况下较为困难，往往不能得到准确的数据，给工程安全带来隐患。

而有限元分析方法则充分利用现代电子计算机技术，借助有限元模型有效解决了各种实际问题。

【关键词】有限元分析；钢筋混凝土结构；应用随着计算机在工程设计领域中的广泛应用，以及非线性有限元理论研究的不断深入，有限元作为一个具有较强能力的专业数据分析工具，在钢筋混凝土结构中得到了广泛的应用。

在现代建筑钢筋混凝土结构的分析中，有限元分析方法展现了较强的可行性、实用性与精确性。

例如：在计算机上应用有限元分析法，对形状复杂、柱网复杂的基础筏板，转换厚板，体型复杂高层建筑侧向构件、楼盖，钢- 混凝土组合构件等进行应力，应变分析，使设计人员更准确的掌握构件各部分内力与变形，进而进行设计，有效解决传统分析方法的不足，满足当前建筑体型日益复杂，工程材料多样化的实际情况。

但是在有限元分析方法的应用中，必须结合钢筋混凝土结构工程的实际情况，选取作为合理的有限元模型，才能保证模拟与分析结果的真实性、精确性与可靠性。

在钢筋混凝土结构工程中，非线性有限元分析的基本理论可以概括为：1）通过分离钢筋混凝土结构中的钢筋、混凝土，使其成为有限单位、二维三角形单元，钢箍离散为一维杆单元，以利于分析模型的构建；2）为了合理模拟钢筋、混凝土之间的粘结滑移关系，以及裂缝两侧混凝土的骨料咬合作用，可以根据实际需要在钢筋、混凝土之间，以及裂缝两侧的混凝土之间设置相应的连结单元；3）结合钢筋混凝土结构的材料性质，选用与各类单元相适应的本构关系，即应力应变关系，此类关系为线性或非线性均可；4）与一般的有限元分析方法相同，非线性有限元分析也需要确定各单元的刚度矩阵，并且将其组合为钢筋混凝土结构的整体刚度矩阵，根据结构所受到的各种荷载作用与约束，计算出有限元结点的位移情况、单元应变与单元应力等。

钢—混凝土组合梁桥有限元分析摘要：钢—混凝土组合梁能够充分发挥钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能，是一种性能优良的新型结构形式。

以体外预应力工字型钢—混凝土等跨度连续梁为研究对象，利用有限元法分析其应力、应变、滑移及变形情况：（1）利用ansys建立有限元模型，模拟计算结果与试验结果吻合良好，所建有限元模型是可靠的；（2）建立实桥模型，提出体外预应力筋应力增量的简化表达式，并与有限元计算结果进行对照分析，验证公式的正确性；（3）利用实桥模型，分析集中荷载作用下，组合梁滑移性能特点；讨论不同荷载作用下，组合梁剪力滞特点。

关键词：组合梁；有限元；滑移；应力增量；剪力滞0 引言钢—混凝土组合梁能够充分发挥钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能，是一种性能优良的新型结构形式。

而体外预应力组合梁是近些年才逐渐出现的一种组合结构，顾名思义，体外预应力组合梁就是将预应力筋布置在组合梁结构之外，以达到提高刚度和承载力的目的[1]。

因此，本文利用有限元软件AYSYS对预应力钢—混凝土组合连续梁桥应力增量、滑移以及剪力滞效应等力学行为进行了分析研究，得到了一些有益的结果，以期为工程技术人员提供参考和借鉴。

1 组合梁的有限元建模1.1单元选择混凝土选择SOLID 65单元，该单元是一种实体单元，可以合理的模拟3D实体混凝土结构；钢筋选择LINK 10单元，该单元是一种杆单元，可以较好的模拟受压或者受拉构件。

钢梁采用SHELL181单元，该单元是一种壳单元，工字钢常用此单元进行模拟；抗剪连接件采用COMBIN 39单元，该单元为非线性的弹簧单元，是一种单向变形单元。

1.2试验模型结构尺寸本论文首先根据吉林大学[2]试验试件为原型，利用ANSYS建立与试验等尺寸模型。

从图8、图9可以看出，外荷载作用下，组合梁剪力滞效应很明显，预应力作用下出现的是负剪力滞效应，施加荷载后，负剪力滞逐渐转变为正剪力滞，并且随着荷载的增大剪力滞后现象也越明显。

组合梁柱节点有限元分析研究摘要：钢与混凝土组合结构具有强度高、延性好、抗震性能优越、施工方便等特点。

本文建立了型钢混凝土节点的有限元模型，分析了混凝土本构模型、钢管与混凝土界面摩擦系数和几何非线性等对有限元分析结果的影响，验证了型钢混凝土构件有限元分析方法的正确性，为工程实际提供了参考。

关键词：型钢混凝土有限元非线性1 前言钢与混凝土组合结构是在钢结构和混凝土结构的基础上发展起来的一种组合结构，充分发挥了混凝土良好受压性能和钢材良好的受拉性能，使它们发挥各自的材料特性。

型钢混凝土结构利用了混凝土良好的耐腐蚀和防火性能、钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能，同时，外部混凝土的存在可以防止型钢的屈曲，型钢对混凝土的约束作用也会使混凝土的承载力提高。

因而一般具有承载力高，延性好，综合经济指标较高等优点[1]。

近年来，钢与混凝土组合结构得到了较为广泛的应用，并不断发展。

因此，对新型的钢一混凝土组合结构的研究及工程应用将是工程结构发展的一个主要方向。

2 有限元分析计算机模拟分析是试验分析的补充，首先可以排除试验中各种随机因素的干扰，不仅可以给试验参数的选取、结果的分析等提供方便；并且计算机模拟可不受时间、场地等因素的限制，对各种不同参数的结构模型进行分析，因为减少了大量的现场试验工作而大大节省了科研费用。

计算机模拟可以在一定程度上弥补试验方法和试验成果的不足，如通过计算机模拟可以了解试验中不易观察到的局部变形、内力传递机制等。

同时有限元模拟结果可以为理论分析提供一些依据，验证理论分析的正确性。

国内外学者采用有限元方法对钢与混凝土组合结构构件及节点的力学性能进行了大量的研究，但是关于如何建立精确的钢与混凝土组合结构构件及节点有限元模型的研究较少。

因此，开展钢与混凝土组合结构的有限元分析方法的研究，对于确定钢与混凝土组合结构的力学性能，促进钢与混凝土组合结构的技术进步和应用推广，具有一定的理论意义和实用价值。

在进行有限元建模前，需做以下假定：（1）混凝上开裂前为各向同性材料，开裂后为各向异性，并释放单元应力；（2）钢筋和混凝上变形协调，不考虑钢筋和混凝土之间的滑移；（3）不考虑钢与混凝土之间的翘曲；（4）考虑材料非线性，不考虑几何非线性行为。

桥梁结构 ANSYS 建模原则及常见问题
王东绪，周昱，王士刚，李永乐
西南交通大学桥梁工程系李永乐研学团队 二 O 一SYS 模拟方法及原则 ................................. 1
1.1 模拟方法.......................................................... 1 1.1.1 梁格法 ...................................................... 1 1.1.2 实体元法和板壳元法 ......................................... 1 1.1.3 空间梁单元 ................................................. 1 1.2 各种构件模拟...................................................... 2 1.2.1 主梁模拟原则 ............................................... 2 1.2.2 刚臂问题. ................................................... 3 1.2.3 质量及质量惯性矩 ............................................ 3 1.2.4 索结构模拟 ................................................. 4 1.2.5 常用单元特性 ............................................... 4 1.3 命令流编写注意事项................................................ 5

Ｂｅ ｒ ａ ｎ
毛羽亮 唐根丽 ， ， 陕吉禄
（． １机械工业第一设 计研究 院， 安徽 蚌埠 ２ ３ １ ； ． ３ ０ ７ ２安徽财经大学 ， 安徽 蚌埠 ２ ３３ ） ３ ０ ０
Ｍ ＡＯ Ｙｕ ｌ ｎ －ａ ｇ， ｉ ＴＡＮＧＧｅ — ＨＡＮ Ｊ－ ｎ ｌ， ｉＳ ｉｌ ｕ
（ ． ｒｔ ｓｇ １Ｆｉ Ｄｅｉｎ＆ Ｒｅｅ ｒｈＩｓｉ ｔ， ｎ ｂ ２ ３ ７Ｃｈｎ ； ｓ ｓａｃ ｎ ｔｔ ｅＢｅ ｇ ｕ ３ ０１ ， ｉａ ｕ
【 ｂｔ ｃ］ｃｏ ｉ ｒ ｎｄｓ ｎ ｔ ｄｒｓｈ ｐｒ ｅ ｇ ｔ ｓａ ｅｐｎ ｔ ｌｏｃ ｔｃｍ ｏｉ ａ ， ｅ Ａ ｓ ａｔ ｃｒ ｎ ｔｃ ｒ ｔｅ ｇ ｎａ ， ｅ ａｅｄｓ ３ ｍｅｒｌｇ ａ ｅ — ｎｒｅ ｏ ｐｓｅ ｅｍ ｔ ｎ ｒ Ａ ｄ ｇｏ ｕ ｅ ｉ ｓ ａ ｄ ｔ ｐ ｉ ５ ｅ ｓ ｓ ｅｃ ｅ ｎ ｒ ｔｂ ｈ
２Ａ ｈ ｉ ｉｅｓｙｏ Ｆｎｎ ｅ ｃｎ ｍｉ ， ｅｇ ｕ２ ３ ３ ，ｈｎ） ．ｎ ｕ ｖｒｉ ｆ ｉａｃ＆Ｅ ｏ ｏ ｃ Ｂ ｎ ｂ ３ ０ ０Ｃ ｉａ Ｕｎ ｔ
【 要】 摘 根据现行的设计标准对 ３ 米大跨度钢 一混凝土组合 梁进行 了结构设计 ， ５ 并借助 Ａ Ｓ Ｓ 限元分析软件对 ＮＹ 有 组合梁的应 力和变形进行 了分析 ， 校核其强度和刚度 ， 进一步验证 了设计 的可行性 ， 为大跨度钢 一混凝 土组合梁的设 计提供一定的参考 。
钢结构容易发生整体失稳与局部失 稳的弱点。同钢筋混凝 土 梁ห้องสมุดไป่ตู้比 ， 组合梁可以使结构高度降低 １ ～ １ ， ／ ／ 自重减轻 ４％ ３ ４ ０
较， 进一步验证设计的可行性。
～
６％， 工周期缩短 １ ～１ ， ０ 施 ／ ／ 同时现场湿作业量减小 ， ２ ３ 保护

2019年7月术桥梁结构的有限元分析张艳(齐鲁交通发展集团有限公司建设管理分公司，山东济南250000)［摘要］对桥梁结构进行有限元分析的步骤进行了总结，结合工程实例，运用Midas/civil有限元分析软件对其进行有限元模型的建立,计算模型参数的选取，计算荷载的选取,施工段的划分和建模，为后续设计和施工奠定了坚实的理论基础。

［关键词］桥梁结构；有限元；建模文章编号：2095-4085(2019)07-0087-021桥梁结构有限元分析的步骤1.1数据准备及离散化其主要步骤是进行结构体系离散化和计算相关参数，实际操作步骤如下。

(1)在进行结构体系离散化过程需要注意的是,将常规的计量模型分解为有限个单元体，再对相应的节点进行布设，将各个单元体之间的参数进行连接,构成一个可以将各个单元体连接在一起的集合。

(2)确定相关参数，对各类数据进行整理，通过相关软件对荷载，力学等数据进行计算，确保计算数据的正确性。

1.2单元分析用单元体的结点位移来表示各个单元体的位移,应力，应变，再进行计算分析，以便能够快速的确定结点位移分布的函数关系，一般我们将这种函数关系命名为位移模式或插值模式，根据单元的自由度和解的收敛性要求，选择多项式的项数和阶次。

并且这种单元结点位移表示结点力的函数关系式为：｛川e二［K］e⑻％1.3荷载分析处理对于非结点荷载和结点荷载的分析处理要求计算相关数据，并推出结构所受荷载的等效结点荷载列阵。

1.4建立整体结构矩阵平衡方程该部分的内容是将各个单元的刚度矩阵组集成整个结构的刚度矩阵及将各个单元的等效结点力列阵组集成总的荷载列阵。

1.5引入支座约束条件得到未知结点位移的唯一解必须要输入约束条件，由于不能确定未知结点位移的解，所以整体结构矩阵平衡方程中并没有支座约束条件的参数。

1.6求解结构矩阵平衡方程，计算单元应力通过求解引入支座约束条件的整体结构矩阵平衡方程，得到未知结点位移。

然后对各个单元进行分析，计算出单元应力。

SRC柱-RC梁组合结构节点有限元分析SRC柱-RC梁组合结构节点有限元分析摘要:SRC柱-RC梁组合结构是一种常用的建筑结构形式。

为了确保结构的安全性和可靠性，需要进行节点有限元分析。

本文通过有限元方法对SRC柱-RC梁节点进行分析。

首先，介绍了SRC柱和RC梁的特点和节点构造方法。

然后，根据实际工程情况，选择合适的有限元软件进行模拟，建立SRC柱-RC梁节点的有限元模型。

根据节点构造方式，设置合适的边界条件和加载方式。

通过有限元分析，得到了SRC柱-RC梁节点的应力、应变和位移等参数。

最后，对分析结果进行讨论，并提出了相应的工程建议。

关键词: SRC柱，RC梁，组合结构，节点，有限元分析1. 引言SRC柱-RC梁组合结构是一种常见的建筑结构形式，具有较好的抗震性能和承载力。

该结构由钢筋混凝土（Reinforced Concrete，RC）梁和钢筋混凝土灌注钢管（Steel Reinforced Concrete，SRC）柱组成。

SRC柱在外部包覆了一层钢管，通过钢筋和混凝土共同工作来承受外荷载和剪力。

而RC梁则承受横向荷载和弯矩。

为了确保SRC柱-RC梁组合结构的安全性和可靠性，需要进行节点的有限元分析。

有限元方法是一种常用的结构分析方法，通过将结构离散化为有限个单元，进行数值计算，可以较为准确地预测结构的受力和变形情况。

2. SRC柱-RC梁节点构造方法SRC柱-RC梁节点是该结构中的重要部分，直接关系到结构的整体性能。

一般来说，SRC柱-RC梁节点的构造方法包括刚性节点和半刚性节点两种。

刚性节点是指SRC柱和RC梁之间没有任何变形能力，两者通过焊接或螺栓连接在一起。

此种节点适用于较小的受力和变形情况，可以简化节点的设计和施工。

而半刚性节点是指SRC柱和RC梁之间有一定的变形能力，两者之间通过转动连接或局部退化连接。

此种节点适用于较大的受力和变形情况，可以减小节点的刚度差异，提高结构的整体性能。

abaqus实体单元、壳单元、梁单元的定义与用法文章标题：深度了解abaqus实体单元、壳单元、梁单元的定义与用法一、引言在工程领域中，模拟和分析结构力学行为是非常重要的。

ABAQUS作为有限元分析软件，在工程结构分析和仿真中扮演着重要的角色。

在ABAQUS中，实体单元、壳单元和梁单元是常用的元素类型，它们可以用来模拟各种不同类型的结构和力学行为。

本文将深入探讨这些单元的定义与用法。

二、实体单元的定义与用法1. 实体单元是ABAQUS中最基本的有限元单元之一，通常用于模拟具有三维结构的实体物体。

它能够准确描述物体的体积和构造。

2. 实体单元适用于模拟压力容器、机械零件、汽车车身等实体结构的力学行为。

它能够有效分析结构的应力、应变、变形等力学特性。

3. 在实际工程中，使用实体单元时需要注意单元的类型、材料特性、边界条件和加载方式，以确保分析结果的准确性和可靠性。

三、壳单元的定义与用法1. 壳单元是ABAQUS中常用的二维有限元单元，适用于模拟薄壁结构和板材。

它能够准确描述结构的曲率和变形。

2. 壳单元适用于模拟飞机机翼、船体、薄膜结构等薄壁结构的力学行为。

它能够有效分析结构的弯曲、剪切、挠曲等力学特性。

3. 在实际工程中，使用壳单元时需要注意单元的厚度、材料特性、边界条件和加载方式，以确保分析结果的准确性和可靠性。

四、梁单元的定义与用法1. 梁单元是ABAQUS中用于模拟杆件和梁结构的有限元单元，适用于描述结构的轴向变形和弯曲变形。

2. 梁单元适用于模拟桥梁、支撑结构、梁柱结构等杆件和梁结构的力学行为。

它能够有效分析结构的弯曲、扭转、轴向变形等力学特性。

3. 在实际工程中，使用梁单元时需要注意单元的截面特性、材料特性、边界条件和加载方式，以确保分析结果的准确性和可靠性。

五、个人观点和理解在工程结构分析中，选择合适的有限元单元对于准确模拟和分析结构的力学行为是至关重要的。

实体单元、壳单元和梁单元都有各自的优缺点，工程师需要根据具体的结构特点和分析要求来选取合适的单元类型。

MIDAS连续梁有限元分析案例（⼀）连续梁有限元分析案例学号：姓名:班级:联系⽅式:⽬录⽬录 (1)1 ⼯程概况 (2)1.1 桥梁基本概况 (2)1.2 主要材料及参数 (2)1.3 设计荷载取值 (2)2 建模内容 (3)2.1 组的定义 (3)2.2 施⼯阶段的定义 (4)2.3 预应⼒布置 (4)3 结果分析 (13)3.1 成桥阶段的结果 (13)3.1.1 成桥阶段的⽀座反⼒ (13)3.1.2成桥后结构的竖向位移 (13)3.1.3 成桥阶段结构的弯矩 (14)3.1.4 成桥阶段的应⼒ (14)3.2 PSC设计结果 (15)3.2.1 施⼯阶段法向压应⼒验算 (15)3.2.2使⽤阶段正截⾯压应⼒验算 (16)3.2.3 使⽤阶段正截⾯抗弯验算 (16)第⼀章⼯程概况1.1 桥梁基本概况（1）桥梁跨径布置：4×30m=120m；（2）桥梁宽度：0.25m（栏杆）+2.5m（⼈⾏道）+15.0m（机动车道）+2.5m（⼈⾏道）+0.25m（栏杆）=20.5m；（3）主梁⾼度：1.6m，⽀座处实体段为1.8m；（4）⾏车道数：双向四车道+2⼈⾏道；（5）桥梁横坡：机动车道向外1.5%，⼈⾏道向内1.5%；（6）施⼯⽅法：逐跨现浇法。

1.2 主要材料及参数（1）混凝⼟选⽤C50混凝⼟，其⼒学指标见表1-1。

（2）预应⼒筋选⽤直径为15.24mm的低松弛钢绞线，其⼒学指标见表1-2。

1.3 设计荷载取值（1）恒载m；⼆期恒载（⼈⾏道、护栏、主要包括材料重量，混凝⼟容重：25KN/3桥⾯铺装等）合计：85KN/m；（2）活载：车辆荷载：公路I级⼈群荷载：3KN/m2；（3）温度⼒系统升温25℃，系统降温-15℃第⼆章 MIDAS建模2.1 组的定义见图2.1所⽰。

结构组8个，跨1包含单元1-24，跨2包含单元25-43，垮3包含单元44-62，跨4包含单元63-78；⽀架1包含节点80-104，⽀架2包含单元104-123，⽀架3包含单元123-142，⽀架4包含单元142-158。

机械设计中复杂结构有限元分析中问题的处理分析摘要：伴随现代计算机技术的飞快进步，计算机也在日益增强运算能力。

而在机械设计中，有限元分析发挥的作用也变得更大。

基于有限元软件，能准确模拟复杂结构的刚强度，并以此来正确指导零件优化，进而充分降低设计成本，更好地达到设计要求。

基于此，本文从有限元分析出发，主要分析了复杂结构机械中处理设计问题的有关内容，仅供参考。

关键词：有限元分析；机械设计；复杂结构；问题处理在信息时代下，有限元分析基于计算机获得了很好的发展，属于计算领域有关数学、力学、工程学的一种计算新方法。

其中会假设复杂结构离散，并形成数目有限的单元组合体，再通过离散法分析复杂结构的基本物理性能，以获得近似结果，并取代复杂度大的计算，处理理论分析中难以改善的问题。

一、有限元分析简介有限元分析（简称FEA）是指能有效分析、处理数据的一种方法。

其中的技术原理与数学方法相似，主要基于荷载、几何系统等的模拟，再通过数量有限的单元，分析未知的数据并获得未知量。

在设计机械中利用有限元分析，能化复杂运算为简单化计算，进而弥补复杂结构不准计算的缺陷。

这种计算方法既精准又高效，借助有限元分析，能大幅提升机械加工效率，妥善处理以往设计方法中设计思路模糊、计算错误等问题。

在当前机械设计中，借力于有限元分析，可精准改善设计，大幅节约劳动力、成本等。

所以有限元分析以前便捷、准确等优势极大地促进了设计过程的优化改进。

但在机械尤其是复杂结构的设计中，考虑到有限元方法相较于别的设计方法具有更好的精密性且仍需依赖复杂度高的计算模型等，所以有限元分析在实际运用中不免会存在问题，急需有效加以处理。

二、机械设计中处理有限元分析复杂结构中问题的措施1、简化模型在机械设计中，所选用的有限元计算模型所起的作用至关重要。

唯有做好模型处理工作，方才能事半功倍，万不可掉以轻心。

针对复杂结构下面的静、动力问题，一般需要考虑的是以下问题：（1）简化结构模型针对复杂结构，若不用其中的几何、受力特征，而全部根据三维实体来展开分析，就需要涉及巨大的计算量，且得到的结果可能也不好。

4）、对子模型进行计算
注意：分步计算最复杂的工作是确定子模型的边界条件，即将整体 模型的计算结果以节点位移或分布力的形式转换到子模型的边界 上。可参考相关文献。
8-7 模型简化
2、分步计算法
工程中常存在一些相对尺寸很小的细节，如小孔、键
槽、齿轮齿根等，如果这些细节处于结构的高应力区， 则可能引起应力集中。
编 值 参 参数 编节材物截几
号
考 考量 号点料理面何
系系
编特特特 数
代代
号性性性 据
码码
码值
码
位载热其 移荷边他 约条界边 束件条界 数数件条 据据数件
据数 据
8-5 有限元建模的基本流程 参数化实体造型
物理属性编辑器
载荷、约束 材料
力学属性编辑器
基于实体的物理模型
几何元素编辑器
对称/反对称简化 中线/中面提取 小特征删除/抑制
用可视化方法（等值线、等值面、色块图）分析计算结果，包括 位移、应力、应变、温度等；
最大最小值分析； 特殊部位分析。
8-2 有限元建模的重要性
在有限元分析过程中，建模是其中最为关键的环节。因为： 1.影响结果精度：有限元模型要为计算提供所有原始数据，
这些输入数据的误差将直接决定计算结果的精度。如果模型本身 不合理，即使计算算法再精确，也不可能得到高精度的分析结果。 因此，模型的合理性是决定结果精度的主要因素。 2.影响计算过程：模型不仅决定计算精度，还影响计算的过程。 对于同一分析对象，不同的模型所需要的计算时间和存储容量可 能相差很大，不合理的模型还可能导致计算过程死循环或终止。 3.对人员要求高：由于分析对象的形状、工况条件、材料性质 的复杂性，要建立一个完全符合实际的有限元模型是很困难的。 它需要综合考虑的因素很多，如形状的简化、单元类型的选择、 边界条件的处理等等，从而对分析人员的专业知识、有限元知识 和软件使用技能等方面都提出了较高的要求。 4.花费时间长：建模所花费的时间在整个分析过程中占有相当 大的比例。对分析人员来讲，他们的工作不是开发有限元分析软 件，而是如何利用软件（如ANSYS）分析他们所关心的结构。 分析过程中，分析人员可把计算过程作为“黑匣子”来对待，而 把精力主要集中在建模上。通常，建模所花费的时间约占整个分 析时间的70%左右。因此，提高建模速度是缩短分析周期的关键。

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 element0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。

２ 试 件 的有 限元 模 型
混凝土采用 Ａｎｙ 中的 Ｓ ｌ ６ 单元 ， ｓｓ ｏｄ５ ｉ 钢筋采用 Ｌｎ ８单元 ， 梁 采 用 Ｓ ｌ ４ ｉｋ 钢 ｏｉ ５单 元 。钢 筋 土 采 ｄ 昆凝
达 到充分 研究 Ｒ Ｓ节 点 的 目的 ， 可 以得 到试 验 所 Ｃ 还
其 中 ， 筋 混 凝 土 柱 子 为 ５０ｍｍ×５０ｍｍ 的 钢 １ １
方形截面 ， 柱子长为 ３７０ｍ 钢筋混凝土柱中配纵 １ ｍ；
筋 １根， ２ 直径 为 ３ ２ｍｍ， 于柱 子 的 四角 ， 置 以方 便钢 梁 的 通 长 贯 人 ， 筋 为 直 径 １ 箍 ０ｍｍ， 点 域 内 间 距 节 １ ０ｍｍ， ０ 节点 域上 、 两端 配三层 间距 ５ 下 ０ｍｍ。柱子
强度 ， 其设 计 目的 是 钢 梁 的剪 切 破 坏 先 于节 点 的 破 坏 。在钢 梁腹 板 上焊接 Ｆ Ｐ以 限制 节点 区 凝 土 的 Ｂ 昆 位 移 。采用 梁 端加 载 ， 载 点 间距 为 ４８ ０ｍｍ， 载 加 ８ 加
方 向相反 。
３ 创建几何实体模型及施加荷载并求解
下端 为 固定铰 ， 端为 可移 动铰 。钢梁 为几 块钢板 焊 上 接 而 成 的 Ｈ 型 钢 ， 缘 板 的 尺 寸 为 １ ｍｍ × 翼 ９ ２３ｍｍ， ０ 腹板 的尺 寸为 ６ｍｍＸ４ ６ｍｍ， ０ 其腹 板 和翼 缘板 采用 的钢 材也 不一样 ， 板 的强度低 于翼 缘板 的 腹
“ 范” 规 。我 国对 Ｒ Ｓ结 构 的研究 从 ２ 纪 ９ Ｃ ０世 Ｏ年代 末起 ， 但是 还很 少 。在 ２ ０ ０ １年 ， 国与我 国 台湾 合作 美 研究 Ｒ Ｓ框架 结 构 的框 架模 型 。 Ｃ 在结 构设计 中柱子通 常 为压 弯构 件 ， 用钢 筋混 采 凝土 柱可 以更好 地 利用其 受 压性 能好 、 于就地 取材 易 以及 钢筋 混凝 土构 件刚度 大 、 耐久性 和 耐火性 好 的优 点 ， 而节 约钢 材 ， 且增 加结 构 的稳定 性［ ； 为受 从 并 １梁 弯构件 ， 用钢梁 可 以更 好地 利 用 其 强 度 高 、 件 质 采 构 量轻 、 工 速度 快 的优点 ， 而减小 构件 截 面尺 寸 ， 施 从 减 轻 结构 自重 ， 降低 工程 造 价 ， 快 施 工 进 度 等 。从 以 加

钢 与混凝土结合主要依靠剪 力钉和张拉预应 力钢筋来传 力 ，
Ｋ＝ｔｎ Ａ ａ ． Ｄ＝ ／Ｃ
（） １
在结合面其受力和力的分布、 传力机理需进一步分析。曾经对舟
山连 岛工程桃天 门大桥 的钢一混 结合 段做过 模型 与实桥 结 构 比 为 １２的大 型模型试验。为 了与实 测值进行对 比， 要进行 空间 ： 需
对于混合梁 ， 们 需 要 了解结 合 面 混凝 土 中 的应力 应 变情 人
况， 故把 混凝 土离散为弹性实体单 元。而对 于与混凝 土构件相连
接的钢构件 ， 只关 心其对 于混 凝 土的 轴 向和抗 弯刚度 ， 在 人们 故 文中把钢构件离散为 三维弹性壳 单元 。 根据 以上划分 单元 的需 要 ， 面建立 与其相适应 的剪 力钉计 下 算 模型见 图 ２ 。其 中模拟抗 剪单元 的惯 性矩 为零 ， 而截 面积依 以
位的主塔 附近的主梁 承受 很大的轴向力 ， 为保证钢 箱梁与 混凝 土
的共 １ ３座 ， 我国占 ６座 。
箱梁连接的可靠性， 并有效地平顺地传递强大的轴向力， 在与混
凝 土梁重叠 部分的钢箱 梁上应 焊上 抗剪 螺栓 。人 们对 这种结 构 的受力特点 了解较少 。而传统 的钢一混凝 土 组合结 构理 论 主要
既可设在边跨侧 ， 也可设 在主跨侧 。它 的突出优点 是增加 了边 跨 主梁 的重量和刚度 ， 减小 主跨 梁体 内力 和变形 ， 低甚 至消 除边 降
的关系 。因此 ， 寻找滑移量 与剪力之 间的关 系以及用合适 的方法
跨 端支点 的负反力 ； 从而加大 了斜拉桥的跨越能力 。 钉推出试验确定 。 该桥型 自２ 世 纪 ７ 年代在原联邦 德 国问世后 ， 后受 到欧 Ｏ Ｏ 先 如图 １ 示为 一 典型 单钉 推 出试 验 的典 型 力一位 移 曲线 。 所 洲 、 本等 国家的青睐 ， 日 ９ Ｏ年代 开始逐渐 得到 我 国桥梁 技术 人员 任意点的力位移关 系可 以用该点的斜率 （ 抗剪 刚度 ） 来表示 ， 但是 的关 注和应用 。混合型斜拉桥 的数 量在不 断增 加 ， 跨度记 录不断 由于曲线的斜率随点位 置变化而变化 ， 以不 可能准确模 拟这种 所 更新 ， 据统计 ， 全世界范 围内已经建成 ２ ３座 ， 中主跨 大于 ５ ０Ｉ 其 ０ Ｉ Ｔ 关系（ 图中曲线 Ｃ） 。因为人们所关 心的是 到计 算工况 （ 中 Ｃ 图

JSXX 04/2006 26□浙江省长广建筑设计所 童 军用ＰＫＰＭ建模时必须重视的几个问题ＰＫＰＭ程序是由中国建筑科学研究院开发的结构计算软件。

它以空间计算为核心，开放了众多的计算参数的开关，设计人员可根据实际情况进行干预，让设计人员真正的掌握工程的设计过程，并在后期能进行ＣＡＤ出图，受到了广大结构设计人员的喜爱。

但是有些问题必须引起我们重视，这直接关系到所建的模型是否合理，所出的施工图是否正确。

下面就从空间计算程序、次梁的输入方法、柱子的计算长度、竖向力的加载方式以及框架结构基础拉梁的输入等几个方面进行总结，不妥之处请专家、同行批评指正。

１、ＰＫＰＭ程序空间计算程序比较ＰＫＰＭ程序有三个空间计算程序（ＴＡＴ、ＳＡＴＷＥ、ＰＭＳＡＰ），它【摘 要】　ＰＫＰＭ程序是由中国建筑科学研究院开发的结构计算软件，分析了用ＰＫＰＭ建模时必须重视的几个问题【关键词】　ＰＫＰＭ 空间计算 竖向力加载 基础拉梁【文献标识码】　Ｂ们的特点如下：ＴＡＴ——它是一个空间杆件程序，采用杆件模型来模拟柱、墙、梁并进行计算，而对剪力墙则是采用了薄壁柱原理来计算。

它适用于分析设计各种复杂体型的多、高层建筑，是设计人员最为熟悉的一个空间计算程序。

受分析手段的局限所制，在用ＴＡＴ程序计算框剪、剪力墙等含钢筋混凝土剪力墙的结构时，都要对剪力墙的洞口、节点做合理的简化。

它的楼盖是作为平面内无限刚、平面外刚度不考虑的假设。

在新版的ＴＡＴ程序中，允许增设弹性节点，这种弹性节点允许在楼层平面内有相对位移，且能承担相应的水平力。

ＳＡＴＷＥ——它是专门为高层结构分析与设计而开发的基于壳元理论的三维组合结构有限元分析软件，其核心是解决剪力墙和楼板的模型化问题，尽可能地减小其模型化误差，提高分析精度，使分析结果能够更好地反映出高层结构的真实受力状态。

ＳＡＴＷＥ对剪力墙采用的是在壳元的基础上凝聚而成的墙元模型，对于尺寸较大或带洞口的剪力墙，由程序自动进行细分，然后用静力凝聚原理将由于墙元的细分而增加的内部自由度消去，从而保证墙元的精度和有限的出口自由度。

结构的离散化
确定了结构的全部 节点，也就确定了 结构的单元划分， 然后对结构进行单 元编号和节点编号， 通常单元编号用①， ②，……表示，节 点编号用1， 2，……表示，如图 所示。
6 67
5
4
3
5
4
1
2
1
2
3
单元杆端力与杆端位移的表示方法
• 平面桁架单元的局部坐标和整体坐标：
y
y
x
3
x2
2
y
1
结构分析的杆系有限元法
• 概述 • 有限单元法的概念及应用 • 结构的离散化 • 单元杆端力与杆端位移 • 逆步变换 • 单元刚度矩阵 • 总刚度矩阵 • 边界条件的后处理法 • 线性代数方程组的数值解法
结构分析的含义
• 结构分析的含义，不仅指在一定的已知条件下对结构的变 形和内力等进行计算，而且包括分析构件刚度变化对内力 变化的影响，对结构的几何组成进行分析，以及选择合理 的结构形式等等。
结构分析的有限元法
• 美国20世纪70年代推出的至今仍然是世界销售量最大的 NASTRAN(NAsa STRuctural Analysis，美国国家航空和 宇宙航行局结构分析程序系统)程序与当时西德推出的 ASKA(Automatic System for Kinematics Analysis，运动 分析的自动程序系统)齐名，同为当时最为著名和广泛应 用的程序，但几十年后的现在，ASKA已无法与 NASTRAN相比。原因是ASKA后来没有大规模的资金投 入，使程序不断得到滚动发展（维护）和组织推广、剌激 程序在竞争中不断改进各种功能。
向量
X
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Yi e
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广泛的适用领域 （1）、钢筋混凝土桥梁 : 板型桥梁、刚架桥梁、预应力桥梁 （2）、结合桥梁 : 钢箱型桥梁、梁板桥梁 （3）、预应力混凝土箱型桥梁施工过程 : 悬臂法、顶推法、移动支 架法、满堂支架法 （4）大跨度桥梁 : 悬索桥、斜拉桥、拱桥 （5）大体积混凝土的水化热分析 : 预应力钢筋混凝土箱型桥梁、墩 台、基础、防波堤 （6）地下结构: 地铁、通信电缆管道、上下水处理设施、隧道 （7）工业建筑: 水塔、压力容器、电力输送塔、发电厂
ANSYS GUI中六个窗口的总体功能
输入
显示提示信息，输入ANSYS命令，所 有输入的命令将在此窗口显示。
应用菜单
包含例如文件管理、选择、显 示控制、参数设置等功能.
主菜单 包含ANSYS 的主要功能 ，分为前处 理、求解、 后处理等。
输出
显示软件的文本 输出。通常在其 他窗口后面，需 要查看时可提到 前面2。012/5/13
（4）单元特性定义 有限元单元中的每一个单元除了表现出一定的外部形状外，还 应具备一组计算所需的内部特征参数，这些参数用来定义结构材 料的性能、描述单元本身的物理特征和其他辅助几何特征等.
（5）网格划分 网格划分是建立有限元模型的中心工作，模型的合理性很大程
度上可以通过所划分的网格形式反映出来。目前广泛采用自动或 半自动网格划分方法，如在Ansys中采用的SmartSize网格划分方 法就是自动划分方法。
2、建立有限元模型的一般过程 有限元分析中建模过程有下面7个步骤： （1）分析问题定义 在进行有限元分析之前，首先应对结果的形状、尺寸、工况条件等进
行仔细分析，只有正确掌握了分析结构的具体特征才能建立合理的几何 模型。
总的来说，要定义一个有限元分析问题时，应明确以下几点： a）结构类型；b）分析类型；c）分析内容；d）计算精度要求；e） 模型规模；f）计算数据的大致规律