【iSolver案例分享】钢混组合梁支梁三点弯曲

引言：组合梁是指构件截面由钢和混凝土两种材料部件，通过粘着、摩擦以及机械作用结合成一体后共同工作的结构体系。钢混凝土组合结构作为不同于钢结构和混凝土结构的第三类结构获得了土木工程界的重视。其能够更好地发挥钢材和混凝土材料各自的优点，克服了单一材料的结构性能所受的材料特性的限制，如混凝土抗拉强度低、钢构件受压时容易屈曲，从而可以建成经济合理的结构。

正在吊装的组合梁

以下，分别使用广泛商用的Abaqus和iSolver求解器做钢混组合简支梁三点弯曲的数值模拟，以测试iSolver的计算精度。

（1）模型概况

有限元模型

简单起见，本次模拟先不考虑材料非线性，不考虑混凝土中的钢筋，不考虑钢与混凝土之间的剪力件的作用，不考虑钢混结合界面的滑移和掀起。

模型由一条H型钢和混凝土板组成的组合梁以及三块弹性垫板组成。混凝土材料型号为C50，弹性模量为3.45e4MPa，泊松比为0.2；所有钢材型号为Q235，弹性模量为2.06e5MPa，泊松比为0.3。所有材料均使用线弹性本构，单元采用C3D8R单元，所有构件间采用共用节点的连接方式。

 在梁底弹性垫块下施加简支梁边界条件，具体为一侧约束垫板中心节点x、y、z三个方向平动自由度，右另一侧约束垫板中心节点x、y两个个方向平动自由度。荷载以竖直向下的均布面荷载的形式加载到梁顶加载垫块的顶面，荷载集度为10MPa。

（2）计算结果

立面竖向向位移（左: Abaqus，右：iSolve）

立面Mises等效应力（左: Abaqus，右：iSolve）

A-A剖面位置

A-A剖面轴向应力(S33)（左: Abaqus，右：iSolver）

A-A剖面水平向剪应力(S23)（左: Abaqus，右：iSolver）

从A-A剖面的轴向应力云图可以看到在钢混交界面位置轴向应应变和水平向剪力都存在较大的梯度对于结构来说是不合理的。这也是钢混组合结构设计过程中需要克服的关键问题之一。一般通过合理地设计剪力键能够让两者更加协同工作，防止两者掀起和滑移，提高结构的力学性能的同时也提高结构的耐久性。

（3）结论

从位移和应力的等值线对比可以看出，两个求解器求解结果高度一致。因此，可以认为iSolver求解器在该问题上与商业求解器Abaqus有相同水平的求解精度。