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钢筋增强木梁弯曲性能的有限元分析

发布于:2016-02-11 21:46
有限元分析

      随着现代计算机程序的发展,有限元分析方法在土木工程领域得到了越来越多的应用在木结构领域,有限元方法能够考虑材料的非线性各向异性等,同时可提高解决问题的效率,还可以对复杂的问题进行模拟,用以引导木结构试验及设计分析等工作。
本研究利用有限元分析App,首先建立钢筋增强木梁的有限元模型,然后根据已有的试验结果对有限元分析进行验证,主要分析参数为配筋率,将未增强木梁和钢筋增强木梁进行对比,同时研究各种构件的截面应力分布,承载力以及变形情况等,荷载与边界约束条件有限元模型的建立。
      在研究的有限元分析中,木材采用节点三维实体单元,对于模拟钢筋材料的单元,应在实常数菜单中输入其截面面积,其他无需定义。需要指出的是,本研究不考虑材料的各向异性特性,认为它对构件极限承载力及刚度等影响不大,此处以文献花旗松工程木材料为对象进行分析,其纵向弹性模量,泊松比取为钢筋材料受力时一直保持线弹性,所用的钢筋材料为3级钢筋,其纵向取半跨为分析对象,因此荷载为总荷载的一半,荷载均匀施加于木梁顶面一定区域的节点上,在支座处,为了减小应力集中,在梁端部底面也施加了等大反向的荷载,由此梁端支座仅对构件起到约束作用,此处的支座反力为零,因此不会引起应力集中, 此外在跨中横截面上施加对称面约束。以上做法使得建模更加方便,提高了建模速度,同时不影响求解的精度。
      在有限元分析中,当受拉面层拉坏或者受压区木材压坏后,即认为整个构件破坏。下面就构件的荷载 R 跨中位移曲线以及构件中的应力分布情况分别进行讨论。
      给出了未增强木梁与钢筋加固木梁的荷载 跨中位移曲线,由图可以看出: 基于所示的材料本构关系试验能够很好地模拟木梁的受弯性能,有限元分析结果与试验结果吻合较好 这说明本研究建议的有限元模型具有较好的可靠性与精确性,模型可用于此类构件的有限元分析。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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