荷載作用
關注創建者：Muika 創建時間：2020-11-02
荷載作用的視頻教程
ABAQUS水平循環荷載作用下鋼框架塔結構彈塑性分析
本課程記錄了ABAQUS模擬分析水平循環荷載作用下鋼框架塔結構彈塑性力學性能的每一步過程。凡是購買學員，面費答疑一次。 1詳細介紹了水平循環荷載作用下鋼框架塔結構彈塑性分析ABAQUS建模的過程。 2詳細介紹了鋼結構計算模型參數的取值。 3詳細介紹了水平循環荷載作用下鋼框架塔結構彈塑性分析ABAQUS后處理的技巧。
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荷載作用的實例教程
表1 計算模型參數
1.2 計算工況
根據現場勘探情況及實際的具體施工方案，本文主要對交通荷載作用下改良前后高液限土路基的豎向、橫向位移以及內力進行分析。計算工況見表2所示。
表2 計算工況
1.3 模型的建立
圖1 計算模型
1.4 交通荷載
本項目所用汽車荷載模型表達式如下式所示，荷載與時間關系如圖2所示。：
式中，P0為車輪靜載；P為振動荷載幅值；w為振動圓頻率。
圖2 車輛荷載與時間的關系
1.5 測點布置
在各工況沿公路豎向每2m設置一個監測斷面，并在監測斷面內沿橫向共布置5個監測點。提取在交通荷載作用下，路基各個位置的位移、內力值等進行承載效果分析。測點布置如圖3所示。
圖3 測點布置圖
2 計算結果及分析
2.1 交通荷載作用下高液限土路基的縱向位移分析
交通荷載作用下高液限土改良前后路基豎向位移如圖4-5所示。分別提取改良前后高液限土路基模型最大沉降量，計算出高液限土路基的改良效果見表3所示。
展開 本文經分析后發現：縱向地震波加載時，顆粒受豎向力作用，產生的水平速度較小；橫向地震波加載時，顆粒的初速度、加速度均大于豎向加載時，且受力產生位移的顆粒其范圍更大（圖6）。
圖6 地震波作用下的坡面顆粒位移分布圖
制樣完成后，通過平衡求解，可知邊坡處于不平衡狀態。由荷載作用下坡內不平衡力分布狀態圖（圖7）可知，坡肩、坡面及坡腳在震后的不平衡力最大并向坡內逐步減小，說明震后的坡面顆粒接觸力小，顆粒間相互作用有所減弱。橫向地震波作用時，不平衡區域相對較大，邊界線呈弧狀。在橫向地震波作用下，粗化層的“增重”效果并不明顯，顆粒間接觸力整體減小；而在縱向地震波作用下，坡內存在1 個小的平衡區域，顆粒間接觸力較大，滑坡范圍相對減小。
圖7 荷載作用下坡內不平衡力分布狀態圖
3.2
應力分析
圖8a 給出了1，2，3 號監測點的豎向應力值。隨著地震荷載持續作用，監測點應力值快速降低，不同監測點應力變化速度基本一致，但最終的目標值略有差異，表現出埋深越小，應力目標值越小，應力降低幅度越大的特點。
圖8b 給出了2，4，5 號監測點的豎向應力變化規律。3 個監測點的應力減小至某一值后即保持恒定，應力降低的速度和監測點到坡面的距離成正比，說明圖8a 中3 個監測點的應力幾乎同步降低至目標值。同時，表層顆粒在地震荷載作用下會發生位移，導致坡面形態發生變化。
展開 內容介紹
目的：
目前，針對曲線梁振動特性的研究相對較少，故對固定諧振荷載作用下曲線軌道的動力響應問題進行進一步的研究。
創新點：
將曲線軌道視為周期性離散點支撐結構，并利用周期性結構的振動特性。引入移動簡諧荷載作用下曲線軌道軌梁的數學模態以及廣義波數，得到垂向荷載作用下曲線軌道梁頻域響應的級數表達。
方法：
1.將曲線軌道簡化為周期性離散支撐的平面曲線梁，忽略超高、橫向輪軌力、軌底坡等因素的影響。
2.利用軌道結構周期性條件，將動力響應的求解映射于一個基本元之內進行。
3.引入移動荷載作用下曲線軌道梁的數學模態以及廣義波數，得出了曲線軌道梁頻域響應的級數表達。
4.求解得出軌梁的頻域動力響應，得到固定諧振荷載作用下曲線軌道平面外彎扭耦合振動的響應特性。
5.以北京地鐵普通整體道床軌道為例，計算軌梁頻率響應函數，并分析扣件支點垂向支撐剛度及阻尼系數等因素對頻響函數的影響。
結論：
1. 曲線軌道軌梁一階自振頻率受支點垂向支撐剛度、垂向支撐阻尼系數、支點間距變化影響較大；支點垂向支撐剛度增加時軌梁一階自振頻率提高，一階自振頻率點處的響應幅值降低；垂向支撐阻尼系數增加時軌梁一階自振頻率略有減少，頻響函數在一階自振頻率點附近的響應幅值降低；支點間距減小時軌梁一階自振頻率提高，一階自振頻率點響應幅值降低。
2. 扣件支點垂向支撐剛度對軌梁一階pinned-pinned共振頻率沒有影響; 增大垂向支撐阻尼系數時跨中處一階pinned-pinned共振峰幅值增加，支點處反共振峰幅值降低; 扣件間距對軌梁一階pinned-pinned 共振特性具有顯著的影響，跨中處一階pinned-pinned共振峰幅值及支點處反共振峰幅值隨支點間距的增加而變大；支點扣件間距減小一半時，一階 pinned-pinned 共振頻率增大4倍。
展開 多數情況下建筑物承受偏心荷載，顯然偏心荷載模式下地基土更易失穩，因此有必要研究偏心荷載作用下地基土的臨塑荷載。偏心荷載作用時地基的整體剪切破壞沿水平荷載作用方向一側發生滑動，彈性區的邊界面也不對稱（如圖）。
偏心荷載下土體極限狀態模型試驗
滑動方向一側為平面，另一側為圓弧，其圓心即為基礎轉動中心圖。隨著荷載偏心距的增大，滑動面明顯縮小（如圖）。
偏心荷載下土中應力
漢森(B.Hanson，1961，1972)和魏錫克（Vesic）分別提出的在偏心荷載作用下，地面、基底傾斜，不同基礎形狀及不同埋置深度時的極限承載力計算公式，我國《港口工程技術規范》亦推薦使用。這里簡單介紹地面、基底平整且基底完全光滑的漢森極限承載力。
漢森極限承載力：
地基土承載力特征值：
式中：
也可查下表：
如：某矩形獨立基礎l=b=5，埋深d=1m；置于黏性土上，基底以下土 g＝18kN/m3，基底下一倍短邊寬深度內土的內摩擦角標準值jk =2°，基底下一倍短邊寬深度內土的粘聚力標準值ck =12kPa。基底面積A=25m2。豎向荷載N=2000kN，水平荷載H=200kN。
系數：
荷載傾斜系數：
基礎形狀系數：
深度系數：
安全性評估：地基土安全儲備不足。
本例中的黏性土在地勘報告中提供的承載力特征值fak=110kPa，最終觀測到的沉降遠遠大于20cm。
展開 鋼筋混凝土框架結構在爆炸荷載作用下動態響應
鋼筋混凝土框架規格為兩層兩跨，爆炸施加的荷載為下降三角形脈沖荷載。
（一）鋼筋與混凝土之間的耦合：通過關鍵字*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID，將兩者變形協調統一；除此之外，高版本求解器，通過*BEAM_IN_SOLID關鍵字進行耦合，后者為前者的進階版本，更好收斂，本文為簡單規整的鋼筋混凝土耦合，因此采用了前者，具體可見K文件。
（二）爆炸荷載施加：爆炸荷載施加主要有三種方法，一是通過實體建模，流固耦合的方法，這個方法下個帖子會進行發布講解；二是通過關鍵字*load_Blast進行施加，這個已經在上一個帖子中說過了，感興趣的朋友可以去上一個帖子進行瀏覽學習；三是通過經驗公式henrcy等，將炸藥的重量、距離、爆炸方式換算成下降三角形脈沖荷載進行，本文聚焦第三種。
流程與K文件我放到了下面，喜歡的朋友可以下載一下。
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圖源網絡
3.疲勞與耐久性評估
基于風荷載時程數據與材料S-N曲線（應力-壽命曲線），運用疲勞分析算法（如雨流計數法）預測建筑構件（螺栓、焊縫、玻璃夾具）在長期風荷載作用下的累積損傷與壽命，發現潛在的結構耐久性問題，并指導結構優化和運維方案制定，是實現結構長壽命與運營安全性的核心環節。
在工程上屈曲分析的主要目點是計算結構在軸向壓力或彎曲荷載作用下發生屈曲失效的臨界載荷值，從而判斷當前設計是否安全。
2.3 屈曲分析的方法
屈曲分析有多種方法：
2.3.1 非線性屈曲分析
非線性屈曲分析是將力隨著位移的關系表達出來，直到能看出哪點是臨界載荷，臨界載荷時位移增加時，力將不再增加，反而下降，也就是臨界載荷就是載荷Vs位移曲線上的馬鞍點位置。
可擴展研究方向
在該模型的基礎上，可進一步開展以下研究或仿真分析：
懸索橋恒載與活載組合工況分析；
索力優化與結構內力平衡研究；
施工階段模擬及成橋線形控制分析；
溫度荷載、風荷載作用下的非線性響應研究；
主纜與加勁梁協同受力性能分析；
結構參數敏感性分析與設計優化。
模型框架開放，可根據研究需求添加附屬結構、荷載類型或施工步驟，擴展性強。
感興趣同學可以在我主頁查詢教程“ABAQUS SCI論文復現——往復荷載作用下鋼筋混凝土粘結滑移微觀捏縮行為精細化模擬”</span></p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img
風荷載及地震作用荷載計算原則：
1）風荷載計算：
根據設備廠家提供，分為兩個方向分別計算
2）地震作用程序自動計算
根據原有設計圖紙的支架體系及構件截面，支架理論計算模型如下圖3。
例如，采用輕混凝土或重混凝土、全級配或大骨料的大體積混凝土、齡期變化、高溫、截面非均勻受力、荷載長期持續作用、快速加載或沖擊荷載作用等情況，均應自行試驗測定，或參考有關文獻作相應的修正。
軟件功能
參數模式可選擇“標準”、“專業”兩種模式。
</p><h3><strong>4.疲勞仿真</strong></h3><p> 建筑物在其全生命周期內會承受數萬甚至數十萬次<strong style="color: rgb(15, 133, 214);">風荷載循環作用</strong>。
鋼柱特征值屈曲分析10個月前
同時，也可研究不同荷載組合作用下鋼柱的屈曲性能，為復雜工況下的結構設計提供參考。
5、 附件：本案例中的abaqus模型文件和教學視頻（包括cae、odb和inp文件）
人民交通出版社, 2014.
4 算例有限元模型
本模型采用ANSYS命令流構建了一個典型的20層鋼筋混凝土高層框架結構，旨在分析其在重力與地震荷載作用下的力學響應。結構主要特征如下：
（1）結構形式：三維矩形平面框架，由梁柱構件組成，不含剪力墻和樓板，以簡化分析。
（2）建模方法：使用ANSYS中的BEAM188單元模擬梁柱，具備考慮剪切變形與彎曲的能力，適合模擬細長框架構件。
某器件電路板的模型修正11個月前
準確的有限元模型對于預測結構在荷載作用下的響應至關重要。然而，建立一個與實際結構高度一致的有限元模型，僅依靠工程師的經驗是難以實現的。由于眾多不確定性因素的存在以及分析過程中不可避免的假設，有限元模型往往存在一定程度的誤差。
