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

abaqus是一套功能強(qiáng)大的工程模擬有限元軟件，其解決問題的范圍從相對簡單的線性分析到許多復(fù)雜的非線性問題。被廣泛用于土木工程專業(yè)領(lǐng)域的科學(xué)研究和工程設(shè)計。許多高等院校也爭相開設(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:

1)直觀化教學(xué)，有利于學(xué)生對混凝土結(jié)構(gòu)基本理論知識的理解。比如在講授混凝土材料的抗壓強(qiáng)度時，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)理來分析。由于水泥、水、骨料組成的混凝土，在硬化過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，微裂縫將有一個發(fā)展過程，混凝土的破壞過程就是裂縫不斷產(chǎn)生、擴(kuò)展和失穩(wěn)的過程。這些過程無法直觀觀測到，只能通過超聲波、X光、電子顯微鏡進(jìn)行直接或間接觀測。引入有限元軟件后，這些問題就能得到解決。圖1就是通過有限元軟件數(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、貫通破壞的全過程，形象直觀，有利于學(xué)生們對混凝土結(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］，通過指導(dǎo)學(xué)生建立混凝土有限元模型和對模型進(jìn)行數(shù)值模擬實驗，能夠提高學(xué)生的動手能力，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)件承載力實驗，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對鋼筋混凝土構(gòu)件的承載力實驗破壞現(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)離不開鋼筋混凝土構(gòu)件的承載力實驗。通過實驗過程中鋼筋混凝土構(gòu)件的設(shè)計、制作和受力全過程的實驗，對構(gòu)件承載力、剛度和裂縫進(jìn)行測定，并對破壞形態(tài)進(jìn)行觀測等工作，進(jìn)一步加強(qiáng)了學(xué)生對鋼筋混凝土構(gòu)件受力性能、承載力計算理論、裂縫及變形性能的理解，初步掌握結(jié)構(gòu)實驗測量數(shù)據(jù)的整理和分析，提高了實驗分析報告的撰寫能力。根據(jù)筆者對多個大專院?！痘炷两Y(jié)構(gòu)基本原理》課程教學(xué)的調(diào)查分析，鑒于實驗條件和學(xué)時限制，大多數(shù)院校所開設(shè)的實驗項目較少，僅開展了鋼筋混凝土適筋梁正截面破壞的受力全過程實驗、鋼筋混凝土梁斜截面剪壓破壞的受力全過程實驗和大偏心受壓構(gòu)件正截面破壞的受力全過程實驗。對于鋼筋混凝土少筋梁、超筋梁正截面破壞的受力全過程實驗;鋼筋混凝土梁斜截面斜壓破壞、斜拉破壞的受力全過程實驗以及小偏心受壓構(gòu)件正截面破壞的受力全過程實驗并未開設(shè)。個別院校未開設(shè)任何混凝土構(gòu)件承載力破壞實驗，僅通過觀看實驗錄像了解混凝土承載力破壞現(xiàn)象。由于缺乏混凝土構(gòu)件承載力破壞實驗，學(xué)生對混凝土構(gòu)件的承載力基本原理與鋼筋設(shè)計計算方法理解不透徹，教師在授課時也感覺底氣不足。然而如果大面積開展混凝土構(gòu)件承載力實驗又是不現(xiàn)實的。首先經(jīng)濟(jì)投入大，成本高?；炷翗?gòu)件承載力破壞實驗需要有加載裝置、測試儀器及制作構(gòu)件等費(fèi)用，需要幾十萬的經(jīng)費(fèi)投入，同時要有相關(guān)的場地及人工成本。另一方面，《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》課程的學(xué)時有限，目前課程普遍為64學(xué)時，如果在混凝土結(jié)構(gòu)實驗方面投入太多學(xué)時，就會出現(xiàn)《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》理論知識學(xué)時不夠的難處。因此采用有限元軟件對混凝土構(gòu)件破壞發(fā)展過程進(jìn)行數(shù)值模擬實驗，并且可以重復(fù)性觀看，使學(xué)生獲得更多的混凝土知識，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。數(shù)值模擬實驗研究，在某些方面可以取代或優(yōu)于實驗室實驗研究［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，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。如果采用試驗教學(xué)，經(jīng)濟(jì)投入高且占用學(xué)時。為此我們在《混凝土結(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150mm，250mm，350mm和450mm的立方體混凝土細(xì)觀力學(xué)模型，開展立方體單軸拉伸數(shù)值實驗，測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

通過采用ABAQUS有限元軟件對鋼筋混凝土構(gòu)件承載力破壞過程進(jìn)行數(shù)值仿真實驗，以形象的圖形和動態(tài)畫面展現(xiàn)了混凝土構(gòu)件承載破壞的全過程，將艱澀難懂的理論知識生動化、形象化，促進(jìn)了學(xué)生對《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》課程知識的理解和掌握，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。（本文來自于《山西建筑》雜志?！渡轿鹘ㄖ冯s志簡介詳見.）

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)教育部重點實驗室