ABAQUS是国际上先进的大型通用有限元软件之一，其以精于复杂问题的求解和非线性分析见长。组合式钢筋混凝土护栏的受力过程包括材料的屈服，较大的变形和接触等非线性因素。本文通过对组合式混凝土护栏的仿真计算，为其结构的合理性做出了评价，并通对1维单元的受力分析，给出了满足设计要求的钢筋和螺栓尺寸。

 

1 模型的描述

(1)结构简述

 

 

图1 模型外观图

 

 

图2 混凝土内部

 

1.方型横梁

2.带筋板的槽钢

3.和预埋筋

4.混凝土预制块

5.地基

6.连接地基和混凝土预制块的钢筋

7.预埋工字钢

8. 预埋钢板

9螺栓连接的钢板

9.预埋螺栓

 

本文取3米长的组合式混凝土活动护栏为研究对象，建立的模型如图1和图2所示。工字钢7、钢板 8、钢筋6和螺栓9嵌入在混凝土中，其中钢筋和螺栓嵌入混凝土部分用 TRUSS单元模拟，用来加强混凝土强度，端部的用 Beam 单元模拟，用来提取剪力和轴力;横梁1和槽钢2用 Beam 单元相连，用 GAP 单元来模拟其间的接触;钢板3和预埋螺栓9相连，在钢板3和混凝土预制块4之间设置接触;混凝土预制块4通过预埋筋6和地基5相连，同时在预制块4和地基5之间设置接触。在计算中考虑了几何非线形。

 

(2)模型材料

混凝土材料:密度:2.643kg/m3弹性模量:31027Mpa泊松比:0.2

钢结构材料:密度:7.82kg/m3弹性模量:206800Mpa泊松比:0.3

屈服应力:240Mpa

 

(3)边界条件

 

图3 边界约束图

 

 

图4 载荷施加图

 

如图3所示，约束所取护栏段的两个断面，并且约束基础预埋钢筋的端部。

如图4所示，载荷的方向为水平面内垂直护栏的方向，大小为145kN。

 

2 结果分析

(1) 应力分析

 

 

图5 应力分布-前视图

 

 

图6 应力分布一后视图

 

从图5图6可以看出，在145kN静态载荷下，肋板的底部出现了较高的应力，但没有屈服，这也说明了加筋板的必要性。

 

 

图7 混凝土应力图

 

从图7可以看出，混凝土的最高的应力为16.4Mpa，在安全的范围内。

从应力分析可以得出结构合理的结论。

 

(2)钢筋强度分析

在本文中，钢筋采用弹性材料，通过查看.dat结果文件中的钢筋关键受力点的轴力和剪力，为选择满足设计要求的钢筋提供指导。图8为的钢筋关键受力点位置。

 

 

图8 钢筋位置图

 

表1 钢筋轴力和剪力表

 

 

从以上数据可以得出，在1，2，3，4位置采用φ16mm的2级钢筋，和5，6位置采用φ20的2级钢筋满足设计要求。

 

结论

通过采用 ABAQUS/Standard 对组合式混凝土护栏的结构进行仿真计算，证明了其结构满足要求:通过对 Beam 单元的受力分析，在本设计中决定采用 16mm和 ф20mm 的2级钢筋。

 

资料来源：达索官方