MSC.MARC在土木工程极限分析中的应用

3 重型车辆过桥
    重型车辆荷载，既是公路桥梁设计的重要控制工况，也是桥梁安全性检测的重要手段。由于成本、技术等手段的限制，完全基于实验研究重车对桥梁的作用尚存在一些不足。而通过准确的计算机模拟，可以辅助实验更加深入的了解重车对桥梁的影响。准确的重车过桥模拟是一个非常复杂的非线性课题，涉及车轮与桥面的接触非线性，以及结构损伤后的材料非线性和几何非线性。而MSC.MARC提供的强大的非线性分析功能为解决该问题提供了有力的工具。
    图6是重型车辆有限元模型，严格按照我国公路桥梁规范轴重建模。图7是钢筋混凝土拱桥有限元模型，采用壳单元建模。本例重在研究车辆移动荷载的影响和冲击效应，因此车轮-桥面的接触非线性得到精确的模拟。 
  
                     图6重型车辆有限元模型 
 

                   图7桥梁有限元模型 
    图8是两车分别在桥的两端时桥梁的主压应力云图，图9是两车在桥的跨中相遇时桥梁的主压应力云图。重车过桥引起的桥梁附加挠度如图10所示，最大值为-13.3mm，发生在两车相遇时。重车过桥的冲击荷载系数约为0.07。可见，通过MSC.MARC软件，可以全面把握整个重车过桥过程中各个杆件各个部位的应力分布情况，可以研究移动荷载和冲击作用下结构的力学响应，为进一步分析桥梁的损伤情况，以及考虑重车过桥的桥梁承载力提供必要基础。

               图8 两车分别在桥的两端时， 桥梁主压应力云图 
 

                图9 两车在桥的跨中相遇时，桥梁主压应力云图 
 
                     图10 重车过桥引起的桥梁附加挠度时程
 
4 框架结构连续倒塌
    建筑结构由于意外事件造成的局部破坏，可能引发连锁反应导致破坏范围扩散，最终造成大范围结构坍塌。由于结构连续倒塌事故时有发生而且损失惨重，有必要开展相关研究。
    框架结构的连续倒塌，需要混凝土的开裂、压碎，以及钢筋的屈服、断裂等材料非线性。清华大学土木工程系在MSC.MARC的基础上，利用二次开发功能，开发了适用于钢筋混凝土杆系结构的THUFIBER程序。THUFIBER的材料本构如图11-13所示，充分考虑了材料非线性，所以在框架结构倒塌分析方面有着成功的应用。

    

                        
                 图13 杆件截面纤维划分               图14 八层框架结构透视

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