计算门式起重机的应力和热膨胀

“现在比以往任何时候都重要” 是一句陈词滥调，但在考虑结构的热膨胀时，它实际上很适用，强调“现在”。例如，世界各地的极端热浪是造成(除其他问题外)桥梁大梁的倒塌和失效的部分原因。梁分析软件是土木工程师用来预先分析问题的一种先进方法。

桥梁和极热不相容

在全球范围内，热浪，即极端炎热的天气时段，正变得比以往任何时候都更加普遍。事实上，在有记录的最热的 10 年中，有 9 年是自 2005 年以来发生的。最近，澳大利亚、欧洲、印度、日本和美国在 2019 年出现了极端热浪。

桥梁失效部分是由这些极高的温度引起的。强烈的热量会引起桥梁热膨胀，从而导致结构变形和潜在的倒塌。解决热膨胀问题的一种方法是采用伸缩缝，它为桥梁提供了在极端高温和低温下膨胀和收缩的空间。

加利福尼亚州旧金山金门大桥的伸缩缝。图片来自 Michiel1972 自己的作品。通过Wikimedia Commons获得许可(CC BY-SA 3.0)。

但是，在桥梁上加一个伸缩缝就足以防止它在极端炎热的天气下倒塌吗？另外，放置伸缩缝保护桥梁设计的最佳位置在哪里？

计算门式起重机设计中的热膨胀

设计桥梁和其他结构的土木工程师需要考虑由极端高温引起的热膨胀。COMSOL Multiphysics^® 软件及其附加的结构力学模块包含用于计算结构设计中应力和热膨胀的专用功能。

以门式起重机模型为例。门式起重机，也称为龙门起重机，由于能够处理重物，通常用于运输和接收站。(虽然这个示例是模拟起重机，但信息可以应用于桥梁和各种其他结构。)

门式起重机的挠度和应力。

在 COMSOL^® 软件中，可以模拟起重机在三种不同载荷情况下的应力：

1. 自重
2. 有效载荷
3. 炎热夏日的热膨胀

结构力学模块中的梁 接口能够指定模型包含两条(或更多条)在一点相交且自由度不连续的边。通过向模型添加梁端释放 节点，可以向门式起重机的框架添加内部铰链并指定不连续点。

梁端释放特征的 设置窗口，自 COMSOL Multiphysics 5.5 版本开始提供。

通过在门式起重机模型中添加铰链接头，我们可以看到它在适应极端高温引起的热膨胀方面的有效性。如前所述，梁端释放 节点也可用于模拟桥梁中的伸缩缝。

对门式起重机、建筑物或桥梁的热膨胀进行建模能使土木工程师设计出更安全、更可靠的结构，在全球温度不断升高时尤为重要。

自己尝试

单击下面的按钮，获取门式起重机的应力分析教程模型，并尝试使用梁端释放 特征。（要下载 MPH 文件，您需要登录您的 COMSOL Access 帐户，并拥有有效的软件许可证。）