简支梁桥结构抗震性能有限元分析

简支梁桥结构抗震性能有限元分析

魏志鹏侯瑞航闫冲志

河北建筑工程学院

摘要：简支梁桥是上部结构由两端简单支承在墩台上的主要承重梁组成的桥梁，其次上部结构分跨简支于桥墩（台）上。梁端坐落在固定铰作和活动支座上。正由于有这两种支座的存在，正常情况下，桥梁不会有刚体位移，而在内力作用下，一端可以自由变形，因此不会产生多余的次内力。也就是说，在简单构造、方便架设的情况下，这种桥型的结构内力不会受地基变形、温度改变的影响。但在外力情况下，尤其是对于复杂或特殊的桥梁结构必须进行“动态时程分析”。本论文应用ABAQUS数值分析软件，以一个简单单跨的简支梁桥为例，讨论研究了简支梁桥的抗震性能。

关键词：简支梁桥，ABAQUS，加速度，位移

0引言

简支梁桥是静定结构，相邻各跨单独受力，结构受力比较单纯，不受支座变位等影响，适用于各种地质情况，在我国，大多数桥梁都为简支梁桥，因其构造简单，装配可标准化，是一种采用最广泛的梁式桥。通过ABAQUS软件对简支梁桥进行有限元模拟计算，系统地分析地震作用下简支梁桥的破坏形态和变形能力，可为今后设计和具体实验提供相应的参考。

1ABAQUS有限元模型设计

1.1简支梁桥模型设计

本文的模型是桥梁和桥墩组成的简支梁桥结构，宽度为5m，跨度为20m。地震荷载采用2s时间跨度的天津波。材料属性信息如下：

桥梁和桥墩均采用的是钢筋混凝土，其混凝土特性为：弹性模量3.0e10N/㎡，泊松比0.27，密度2400kg/m3。钢筋特性为：弹性模量2.0e11N/㎡，泊松比0.3，屈服应力3.35e8N/㎡，密度7800kg/m3。楼板厚0.3m。楼板上布设钢筋规格：HRB335钢筋直径为10mm，钢筋间距为100mm。

梁采用矩形钢筋混凝土梁截面面积为1200*500（mm），高度15m，柱采用半径500mm的圆形钢筋混凝土柱。具体尺寸如下图所示：

桥梁尺寸：

1.2建模过程

（1）部件

点击左侧工具区的创建部件按钮，在三维模型空间下，用壳单元建立桥梁，用线来创建桥墩，并分别命名为“qiaoliang”、“qiaoban”。

（2）属性

点击创建材料，创建属于桥梁和桥墩的混凝土及其所配钢筋的属性，包括密度，弹性，塑性等。

点击创建截面，首先类别选壳，类型为均质，为桥梁创建厚度并且配筋。再创建类别和类型均为梁的截面，为桥墩配备钢材。

点击指派截面，把对桥梁和桥墩和创建的截面分别指派。

最后点击指派梁方向，对桥梁和桥墩进行方向指派。

（3）装配和相互作用

点击创建实例，把桥梁和桥墩这两个部件添加进来。一定要在相互作用里用约束命令将桥梁和桥墩绑定在一起。

（4）设置分析步

点击创建分析步1，程序类型动力隐式，点击继续，然后不改变任何参数，点击确定。

（5）定义荷载和边界条件

点击创建边界条件，分析步选择Step-1，首先对底部约束，分别将位移和转角固定，即将A1、A2、AR1、AR2、AR3勾选为0相当于固定于地面上。之后施加Z方向的地震作用，勾选A3设置为1，并添加2s的埃而神户波。

（6）划分网格

点击按钮，对板进行布种，选用适当的比例因子。之后用命令创建网格。

（7）提交分析作业

创建作业。

点击作业管理器，提交分析作业，可监控分析过程直至完成作业。

1.3数值分析结果

（1）变形图

从下图可以看出，变形后整体结构的变化。

图1.5加速度云图

2结论

通过对ABAQUS模拟出的简支梁桥在地震作用下的结果进行时程分析，可以看出在施加地震荷载后的2s中，结构各点空间加速度、位移随之发生不规则振荡。

地震对桥梁的破坏主要是由于地表破坏和桥梁受震破坏引起的。地表破坏中的地裂会造成桥梁跨度的缩短、伸长或墩台下沉。此外，桥受地震作用时，整体性差，从而导致桥梁破坏。所以，对于简支梁桥中的地震分析尤为重要。这就需要ABAQUS这种大型有限元软件进行数值模拟实验，并对其承载力进行分析，确保道路、桥梁在我们日常生活中的可靠、安全。这也对国民经济发展有着重大影响。

参考文献：

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