由于具有高强度和耐用性，钢筋混凝土梁被普遍用于现代建筑中。为避免失效，每个新的梁设计都需要进行优化和安全测试。构建物理原型来测试每个设计修改，可能是一项漫长而昂贵的工作。仿真 App 提供了一种解决方案，因为它能使更多的人使用仿真，从而节省了时间和资金。今天这篇博客，我们通过一个参数化混凝土梁仿真 App，来探索使用仿真 App 的好处。
用钢筋混凝土建造耐用结构
纽约 Rye Brook，是美国最古老的加固结构 William E. Ward House 的所在地。这座房子除了木镶板、门和窗框外，完全由混凝土组成，当它在 1870 年代首次建成时，邻居们对这种新的建筑材料持怀疑态度，并给这座房子起了个绰号“Ward’s Folly”。但是，在认识到钢筋混凝土的强度和耐用性之后，这座房子的昵称变成了“Ward’s Castle”。下图中的这座房子是钢筋混凝土强度以及它作为建筑材料有效性的早期证明。
William E. Ward House。图片由 Daniel Case 提供自己的作品。通过Wikimedia Commons获得许可（CC BY-SA 3.0）。
在现代建筑中，钢筋混凝土常被用于地基、框架、墙壁和梁的开发。通常，这种材料由嵌入混凝土中的钢筋（钢筋或钢网）组成。钢筋是为了避免混凝土内可能导致结构开裂或失效的应力。由于混凝土的拉伸强度较弱，因此通常是通过预张拉钢筋来提供预应力的。当然，确保每个钢筋混凝土设计的功能性，是建筑过程中的重要步骤。
一名建筑工人正在为钢筋混凝土制作钢筋。
物理原型是测试钢筋混凝土的一种方法，但这种方法既昂贵又耗时。例如，回想一下 Ward House。如果用这种方法，进行挠度测试就需要很多年，并且必须在房屋建造后测试地板的强度。
如今，我们可以使用仿真方法快速分析多个钢筋混凝土设计，而无需物理原型。仿真App的开发又将这个功能提升到一个新的水平，让我们可以直观地并且通过简单的界面与同事和客户共享仿真功能。
例如， 参数化混凝土梁仿真 App，该仿真 App 可在 COMSOL 案例库中找到。
使用仿真 App 分析不同的钢筋混凝土梁设计
参数化混凝土梁仿真 App 是一个基于钢筋加固的混凝土梁模型。该 App 的主要功能是计算梁的挠度和轴向应力，其中车身载荷作为自重，表面载荷在梁的顶面。
在这个 App 中，用户可以选择修改一系列参数。这些参数包括梁的几何形状、钢筋和混凝土材料特性、钢筋的分布以及梁端的边界条件。在布局仿真 App 的用户界面时，通常将用户输入放在左侧，结果和绘图放在右侧。
仿真 App 的用户界面。
在设计自己的仿真 App 时，您可以控制可修改的参数以及它们在App用户界面中的显示方式。这不仅使用户更容易浏览，而且还可以帮助确保仿真结果的准确性。
回到我们讨论的仿真 App，来看一下输入部分。它在三个面板下都包含以下标签：几何、材料属性 以及载荷和约束。
在几何 面板中，我们可以更改梁的几何形状以及钢筋的分布。修改输入后，会在结果面板中绘制一个新的横截面(如下图所示)，使用户能够以简化的格式看到更新的梁设计。此外，还可以检查修改后的几何图形，用于确保钢筋始终位于混凝土梁几何图形内，并且不会干扰彼此的几何图形。如果确实发生这种情况，几何检查区域将弹出警告消息。
梁截面示意图，显示主要几何参数。
材料属性 面板具有可针对钢筋中使用的钢材和混凝土进行修改的材料属性。
在载荷和约束 面板中，有四组边界条件可供梁端选择。还可以设置施加的载荷、钢筋的预紧力，并选择在仿真中是否应考虑重力。
在结果和绘图部分，可以选择在哪一步显示结果：钢筋预拉伸后、施加重力后或施加载荷后。默认图是混凝土中的轴向应力，拉伸应力用红色绘制，压缩应力用蓝色绘制。还可以绘制钢筋中的应力、塑性区域和梁的挠度。这些量的数值显示在图表下方的表格中。
仿真 App 助力更加流畅的设计流程
通过使不同专业水平的人能够运行自己的仿真测试，仿真 App 创建了更流畅的设计过程。构建钢筋混凝土梁仿真 App 为测试和分析不同的设计方案提供了更简单的方法，有助于确保梁的最佳安全性和性能，从而确保整体结构的安全性。
本文介绍的仿真 App 只是一个示例，用于说明您可以使用 App 开发器进行什么样的设计。希望本文中的示例能为您带来灵感，并在您构建自己的仿真 App 时提供指导。
延伸阅读
- 下载仿真 App：参数化混凝土梁
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