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MSC.MARC在土木工程极限分析中的应用

发表时间: 2008-6-1 作者: 张炎圣*陆新征*李易*梁益 来源: MSC

关键字: MSC 土木工程 极限分析 非线 

土木工程极限分析涉及大量的非线性,因此比较复杂。本文通过超高车辆撞击桥梁上部结构,重型车辆过桥,以及建筑结构连续倒塌三个方面的仿真实例,介绍MSC.MARC软件在土木工程极限分析中的应用。仿真结果表明,MSC.MARC具有优异的非线性计算能力,可以作为土木工程极限分析的有力工具。

1 引言
    结构在极限状态下的力学行为是土木工程领域重要的研究内容,尤其在地震、火灾、爆炸、撞击等自然和人为灾害下,有必要进行结构的极限分析,以提高结构的防灾减灾能力。由于结构的极限分析涉及各类复杂的非线性行为,包括材料非线性、几何非线性,接触非线性等,所以极限分析往往比较复杂。MSC.MARC具有优异的非线性计算能力和二次开发能力,因此成为土木工程极限分析的有利工具。本文的仿真实例,包括超高车辆撞击桥梁上部结构,重型车辆过桥,以及框架结构连续倒塌,都在MSC.MARC软件的基础上,分析了结构在局部或者整体进入极限状态后的力学行为。
2 超高车辆撞击桥梁上部结构
    鉴于超高车辆撞击立交桥梁的事故屡见不鲜,研究超高车辆-桥梁上部结构的碰撞机理很有必要。借助MSC.MARC软件,车厢与桥梁的接触非线性,以及撞击区域的材料非线性、几何非线性都能得到很好的模拟,因此可以很好地分析撞击过程以及结果,为桥梁的防撞、加固提供参考。
超高车辆有限元模型(图1)采用美国“国家碰撞分析中心”(National Crash Analysis Center,NCAC)提供的标准双轴卡车模型。模型原本基于LS-DYNA软件,本文对其进行适当的修改以适应MSC.MARC的分析。
    图2是钢-混凝土组合简支梁桥有限元模型,上部是混凝土面板,下部是两个钢箱梁。桥梁面板混凝土划分成实体单元,采用基于von Mises屈服准则的弹塑性模型模拟其受压行为,采用基于最大拉应力准则的弥散裂缝模型模拟其受拉开裂行为。钢箱梁划分成壳单元,材料模型采用基于von Mises屈服准则的理想弹塑性本构。混凝土面板内部钢筋采用MARC自带的Rebar单元,材料模型采取基于Von Mises屈服准则的理想弹塑性本构。 
      

                    图1 超高车辆有限元模型 

 
                     图2 桥梁有限元模型  


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责任编辑:江艳芬