小变位量弹塑性伸缩缝的ABAQUS有限元分析

　　一、引言

　　小变位量连续式弹塑性伸缩缝是一种桥涵无缝伸缩缝，近年来国内外正在研究和逐步推广这一适用于小位移量的伸缩缝型式。其特点是采用具有热熔和弹塑性能的高分子材料组成混合料替代通常的伸缩缝结构，构成了全新的弹塑性伸缩缝。这种伸缩缝完全能够满足伸缩量在 60mm 以下公路桥涵在纵、横、竖三方面的伸缩变形要求，能与桥面铺装构成连续整体，实现了中、小桥涵伸缩装置的无缝结构，缓解了车辆对桥涵的振动，克服了有缝结构的缺陷。目前，国内外对弹塑性伸缩装置的研究不少，但是对于该装置的热弹耦合应力分析却很少报道，本文通过大型有限元软件 ABAQUS对该问题进行应力分析。

　　二、伸缩装置构造

　　小变位量弹塑性伸缩缝常常用于跨径较小、伸缩量小的公路桥涵中。与一般桥涵不同，该伸缩缝桥涵主要采用整体式桥台，其主梁、桥台和柔性桩基础构成整体，伸缩缝的结构大致如图 1：

　　三、弹塑性伸缩缝热弹耦合有限元分析

　　1.ABAQUS 有限元软件简介

　　ABAQUS 是一套功能强大的工程有限元分析软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。它包括一个非常丰富的、可模拟任意形状的单元库，以及与之相对应的各种类型的材料模型库。可以模拟大多数典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩的高弹性泡沫材料以及类似于土与岩石等地质材料。作为通用的模拟计算工具，ABAQUS能解决结构的许多问题。它可以模拟各种领域的问题，例如热传导、介质扩散、电子部分的热控制、声学分析、岩土力学分析以及压电介质分析等。ABAQUS/CAE 是前后处理模块，是连接 ABAQUS 各个模块之间的纽带，用户可以用它提供的图形界面做各种前后处理工作，包括建立几何模型、定义材料属性、划分单元网格等。CAE 中的每个模块可以和输入文件((input file)交互提供

　　ABAQUS/Stand 是通用计算模块。ABAQUS/Stand的数据平台包括两部分:模型数据(model data)和过程数据((story data)。模型数据用来定义一个单元模型，包括单元、节点、单元特性、材料定义等。过程数据用来定义模拟过程发生的顺序，可以很方便地将加载过程分解为一系列步骤，每一步骤定义一个结构的加载不同阶段，可以是历史过程中任意阶段。同时，可以在每一荷载步中依据模拟的实际问题增加或减少单元、改变边界条件等。

　　2.连续式弹塑性伸缩缝几何模型及边界条件

　　伸缩缝装置主要受到车轮动荷载、温度变化和桥涵的作用。其中车轮动荷载是由快速行使车辆驶过弹塑性伸缩装置而引起的;拉伸是指桥面板温度下降引起的板混凝土收缩而导致的伸缩缝张开;压缩是指桥面板温度上升引起的板混凝土膨胀而导致伸缩缝受压。利用 ABAQUS 软件建立伸缩装置结构有限元模型如图所示：