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Midas数值模拟在《建筑结构》课程中的应用探索

时间:2016-06-05  作者:佚名

【摘 要】建筑结构课程是高职高专建筑技术专业学生的必修基础课程,该课程涵盖大量的课程实验,在缺乏试验条件,教学课时精简,实践环节被空前重视的条件下,为了顺利完成实验,本文借助Midas结构有限元分析软件,将数值模拟引入建筑结构课程教学中,使构件和结构的受力特点和破坏形态在课堂上生动地展现出来,激发学生的学习兴趣和创新能力,提高教学质量。

论文关键词】Midas数值模拟;建筑结构课程;应用探索

现阶段高职院校招生规模急剧膨胀,大多数高职院校面临试验教学资源严重不足的困境,现有的试验条件不能满足教学任务的需要,严重影响了教学质量。建筑结构课程教学公式推导和理论的建立是以试验为基础,传统的理论教学方式试验现象的描述枯燥、繁琐和难于理解,数值模拟仿真教学实现把“虚拟的试验室”搬到课堂上,在理论教学的同时穿插试验教学。仿真教学试验可以输出结构真实的三维模型、仿真动画和结果数据,通过对试验结果进行分析来阐述基本概念、基本原理。大多数高职院校的建筑结构课程的数值模拟实验主要包括单筋矩形截面受弯构件正截面破坏形态、受弯构件斜截面受剪破坏、轴心受压柱的破坏、偏心受压柱破坏。

建筑结构常用计算软件PKPM系列、广厦结构CAD、SAP2000、ANSYS、MIDAS等,MIDAS/Gen—建筑结构通用有限元分析和设计软件,2004年1月9日通过国家建设部评估鉴定(建科评[2003]015号),优点体现:可以导入PKPM、AutoCAD、SAP、STAAD等文件,便于互相校核;按国内新规范输出各种结果,同时可以实现平法输出配筋结果简图、钢结构验算结果简图等及设计计算书文本输出。

本文借助借用Midas gen软件对单筋矩形截面受弯构件正截面破坏形态实验进行模型模拟:

(1)选择恰当的截面尺寸、配筋、材料;代写毕业论文

(2)完成模型的建立(材料—截面—单元—边界条件—荷载);

(3)结果分析。

1 适筋破坏

1.1 梁的尺寸、材料和配筋

梁采用C25混凝土,钢筋采用HRB335,架立筋和受力钢筋以及箍筋的配筋情况如图1、图2所示。

1.2 适筋梁模型

(1)混凝土和钢筋材料(图3)

(2)钢筋截面尺寸(图4)

(3)梁模型(不含钢筋)

梁横截面尺寸120mm×200mm,横截面横向网格划分25mm、25mm、20mm、25mm、25mm,纵向网格50mm的间距如图5所示。

实验梁是简支梁,边界条件为一端固定端支座,一端可动铰支座,在midas gen软件中梁的纵向为x方向,梁横截面方向为y方向,竖向为z方向。支座模拟是z方向的所有位移限制在表一中表现的是“1”,x方向一端固定为“1”,一端可动为“0”,y方向中间点不动为”1”,两端可动为“0”(如表1和图8-图11所示)。

适筋梁破坏始于受拉区,当弯矩达到一定值时,纵向受拉钢筋的应力先屈服强度,受拉钢筋的应力保持屈服强度不变,而应变迅速增大,知道受压边缘混凝土的压应变达到极限压应变,受压区混凝土被压碎而破坏。

1.3 超筋梁模型

超筋梁模型和适筋梁模型的区别是:

(1)从图1可以看出纵向受力钢筋偏大;

(2)集中力荷载的大小不同为50kN,共100kN。

1.4 少筋梁模型

少筋梁模型和适筋梁模型的区别是:

(1)从图1可以看出纵向受力钢筋偏小;

(2)集中力荷载的大小不同为18kN,共36kN。

在建筑结构课程中,钢筋混凝土受弯构件的承载力计算是教学大纲要求的重点内容,教学内容涉及钢筋种类、位置和作用以及钢筋混凝土构件的破坏形态和配筋构造要求。采用抽象概念加机械记忆的传统教学法收效不佳,一部分构件空间概念薄弱的学生将对学习失去信心。

利用数值模拟方法,将构件和结构的受力特点和破坏形态在课堂上生动地展现出来,不仅有利于学生加深对理论、概念的理解、了解构件变形破坏的全过程,而且可以提高学生的兴趣,调动学生学习结构知识的主动性。

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