導(dǎo)語(yǔ)：混凝土課程教學(xué)ABAQUS軟件的運(yùn)用一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

1ABAQUS應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

abaqus是一套功能強(qiáng)大的工程模擬有限元軟件，其解決問(wèn)題的范圍從相對(duì)簡(jiǎn)單的線性分析到許多復(fù)雜的非線性問(wèn)題。被廣泛用于土木工程專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)。許多高等院校也爭(zhēng)相開(kāi)設(shè)ABAQUS有限元課程，一些學(xué)者也將ABAQUS有限元軟件用于教學(xué)研究工作，得出了很多有益的成果［1-4］。將有限元ABAQUS軟件用于《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》課程的教學(xué)具有以下優(yōu)勢(shì):

1)直觀化教學(xué)，有利于學(xué)生對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)基本理論知識(shí)的理解。比如在講授混凝土材料的抗壓強(qiáng)度時(shí)，學(xué)生很難理解為什么混凝土抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)低于砂漿和骨料任一單一材料的強(qiáng)度。其原因可從混凝土受壓破壞的機(jī)理來(lái)分析。由于水泥、水、骨料組成的混凝土，在硬化過(guò)程中水泥和水形成的水泥石與骨料粘結(jié)在一起。凝結(jié)初期由于水泥石收縮、骨料下沉等原因，在水泥石和骨料之間的交界面上形成微裂縫。在外力作用下，微裂縫將有一個(gè)發(fā)展過(guò)程，混凝土的破壞過(guò)程就是裂縫不斷產(chǎn)生、擴(kuò)展和失穩(wěn)的過(guò)程。這些過(guò)程無(wú)法直觀觀測(cè)到，只能通過(guò)超聲波、X光、電子顯微鏡進(jìn)行直接或間接觀測(cè)。引入有限元軟件后，這些問(wèn)題就能得到解決。圖1就是通過(guò)有限元軟件數(shù)值模擬了混凝土材料內(nèi)部微裂縫在荷載作用下擴(kuò)展、貫通破壞的全過(guò)程，形象直觀，有利于學(xué)生們對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度概念的理解，也增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣［5，6］，通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生建立混凝土有限元模型和對(duì)模型進(jìn)行數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，能夠提高學(xué)生的動(dòng)手能力，學(xué)習(xí)掌握有限元基本概念和軟件操作，為學(xué)生今后從事混凝土領(lǐng)域的科學(xué)研究工作打下基礎(chǔ)。

2)部分替代混凝土構(gòu)件承載力實(shí)驗(yàn)，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》課程中軸心受力構(gòu)件承載力方程、受彎構(gòu)件正截面承載力方程、受彎構(gòu)件斜截面承載力方程等均是通過(guò)對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件的承載力實(shí)驗(yàn)破壞現(xiàn)象、特征規(guī)律和材料的破壞程度等進(jìn)行一定的理論分析得到，因此《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》課程的教學(xué)離不開(kāi)鋼筋混凝土構(gòu)件的承載力實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中鋼筋混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)、制作和受力全過(guò)程的實(shí)驗(yàn)，對(duì)構(gòu)件承載力、剛度和裂縫進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)破壞形態(tài)進(jìn)行觀測(cè)等工作，進(jìn)一步加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件受力性能、承載力計(jì)算理論、裂縫及變形性能的理解，初步掌握結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的整理和分析，提高了實(shí)驗(yàn)分析報(bào)告的撰寫(xiě)能力。根據(jù)筆者對(duì)多個(gè)大專(zhuān)院校《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》課程教學(xué)的調(diào)查分析，鑒于實(shí)驗(yàn)條件和學(xué)時(shí)限制，大多數(shù)院校所開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較少，僅開(kāi)展了鋼筋混凝土適筋梁正截面破壞的受力全過(guò)程實(shí)驗(yàn)、鋼筋混凝土梁斜截面剪壓破壞的受力全過(guò)程實(shí)驗(yàn)和大偏心受壓構(gòu)件正截面破壞的受力全過(guò)程實(shí)驗(yàn)。對(duì)于鋼筋混凝土少筋梁、超筋梁正截面破壞的受力全過(guò)程實(shí)驗(yàn);鋼筋混凝土梁斜截面斜壓破壞、斜拉破壞的受力全過(guò)程實(shí)驗(yàn)以及小偏心受壓構(gòu)件正截面破壞的受力全過(guò)程實(shí)驗(yàn)并未開(kāi)設(shè)。個(gè)別院校未開(kāi)設(shè)任何混凝土構(gòu)件承載力破壞實(shí)驗(yàn)，僅通過(guò)觀看實(shí)驗(yàn)錄像了解混凝土承載力破壞現(xiàn)象。由于缺乏混凝土構(gòu)件承載力破壞實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)混凝土構(gòu)件的承載力基本原理與鋼筋設(shè)計(jì)計(jì)算方法理解不透徹，教師在授課時(shí)也感覺(jué)底氣不足。然而如果大面積開(kāi)展混凝土構(gòu)件承載力實(shí)驗(yàn)又是不現(xiàn)實(shí)的。首先經(jīng)濟(jì)投入大，成本高?；炷翗?gòu)件承載力破壞實(shí)驗(yàn)需要有加載裝置、測(cè)試儀器及制作構(gòu)件等費(fèi)用，需要幾十萬(wàn)的經(jīng)費(fèi)投入，同時(shí)要有相關(guān)的場(chǎng)地及人工成本。另一方面，《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》課程的學(xué)時(shí)有限，目前課程普遍為64學(xué)時(shí)，如果在混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)方面投入太多學(xué)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》理論知識(shí)學(xué)時(shí)不夠的難處。因此采用有限元軟件對(duì)混凝土構(gòu)件破壞發(fā)展過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，并且可以重復(fù)性觀看，使學(xué)生獲得更多的混凝土知識(shí)，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)研究，在某些方面可以取代或優(yōu)于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究［7，8］。

2ABAQUS有限元軟件在《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》課程教學(xué)中的應(yīng)用案例

混凝土材料的強(qiáng)度尺寸效應(yīng)是指混凝土強(qiáng)度隨著結(jié)構(gòu)體積的增大而降低的現(xiàn)象。該理論是《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》課程教學(xué)中的難點(diǎn)，學(xué)生往往很難理解混凝土材料的強(qiáng)度尺寸效應(yīng)現(xiàn)象。如果采用試驗(yàn)教學(xué)，經(jīng)濟(jì)投入高且占用學(xué)時(shí)。為此我們?cè)凇痘炷两Y(jié)構(gòu)基本原理》課程中引入新的教學(xué)手段。借助于ABAQUS有限元軟件，建立不同體積的混凝土立方體、棱柱體有限元仿真模型，開(kāi)展了直接拉伸和壓縮荷載作用下的混凝土強(qiáng)度尺寸效應(yīng)的數(shù)值模擬。圖2為邊長(zhǎng)150mm，250mm，350mm和450mm的立方體混凝土細(xì)觀力學(xué)模型，開(kāi)展立方體單軸拉伸數(shù)值實(shí)驗(yàn)，測(cè)得了不同體積混凝土試件模型的抗拉強(qiáng)度，如表1所示。

3結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采用ABAQUS有限元軟件對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件承載力破壞過(guò)程進(jìn)行數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)，以形象的圖形和動(dòng)態(tài)畫(huà)面展現(xiàn)了混凝土構(gòu)件承載破壞的全過(guò)程，將艱澀難懂的理論知識(shí)生動(dòng)化、形象化，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》課程知識(shí)的理解和掌握，提高了教學(xué)質(zhì)量，改善了當(dāng)前《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》課程教學(xué)枯燥乏味的局面。（本文來(lái)自于《山西建筑》雜志?！渡轿鹘ㄖ冯s志簡(jiǎn)介詳見(jiàn).）

作者：杜敏1，2趙彥1工作單位：1．防災(zāi)科技學(xué)院2．北京工業(yè)大學(xué)城市與工程安全減災(zāi)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室