銷孔間隙對六四梁撓度的影響分析

摘要：由于六四式鐵路軍用梁采用銷接體系，銷孔和銷釘之間存在間隙。在荷載作用下，銷釘會在間隙之間移動，造成結(jié)構(gòu)發(fā)生非彈性變位。因此，在計算六四式鐵路軍用梁結(jié)構(gòu)位移時，除了要計算荷載作用下結(jié)構(gòu)的彈性位移外，還要計算非彈性位移。在研究中，當(dāng)不考慮銷孔間隙變位時，結(jié)構(gòu)在外力作用下產(chǎn)生的彈性位移采用有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行計算分析，而考慮銷孔間隙變位時引起的結(jié)構(gòu)非彈性位移則利用虛功原理進(jìn)行計算。

關(guān)鍵詞：銷孔間隙；撓度；六四梁；ANSYS

中圖分類號：U448.36 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）01-0158-03

六四式鐵路軍用梁為銷接連接，銷孔直徑大于銷釘直徑，因而形成一定的銷孔間隙，使得結(jié)構(gòu)在受力時首先在連接處發(fā)生銷孔間隙變位，形成非彈性位移，然后才像一般鋼結(jié)構(gòu)那樣承受荷載作用。如不考慮銷孔間隙變位，仍采用一般的結(jié)構(gòu)分析手段，其結(jié)果與實際結(jié)構(gòu)將有一定的差別。以往對此結(jié)構(gòu)是按平面理想桁架進(jìn)行計算，并按傳統(tǒng)的容許應(yīng)力法進(jìn)行設(shè)計，同時也未考慮銷孔間隙變位產(chǎn)生的非彈性位移對結(jié)構(gòu)行為的影響，這種計算方法是粗略的，不能反映結(jié)構(gòu)的真實受力和位移狀況。銷孔間隙的存在對于六四式軍用梁結(jié)構(gòu)位移而言在有些情況下是不能忽略的。

1計算模型

本文以一片24m單層式六四梁和一片32m雙層式六四梁為例來分析銷孔間隙變位對梁撓度的影響。六四式鐵路軍用梁為空間結(jié)構(gòu)，根據(jù)其受力形式及受力特點分別以24m、32m不考慮銷孔間隙變位的設(shè)計方案進(jìn)行有限元模型的建立，在建模時應(yīng)該對整個梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化。由于六四式鐵路軍用梁為拼裝結(jié)構(gòu)，各個構(gòu)架之間通過銷釘連接，當(dāng)應(yīng)用工程軟件ANSYS進(jìn)行建模分析時，模型建立是否合理對結(jié)構(gòu)分析是否正確起著至關(guān)重要的作用。在分析各構(gòu)件受力性能基礎(chǔ)上，對六四式鐵路軍用梁各部分構(gòu)造進(jìn)行適當(dāng)簡化，六四式鐵路軍用梁一個標(biāo)準(zhǔn)三角內(nèi)各桿件連接按剛節(jié)點處理，而各個三角之間以及三角與端構(gòu)架等其他構(gòu)件的連接按鉸接處理，其鉸接節(jié)點按耦合進(jìn)行建模分析，所有桿件均采用BEAM189單元模擬。

3計算實例

3.1六四式鐵路軍用梁彈性位移計算

以一片24m單層式六四梁和一片32m雙層式六四梁為例來分析銷孔間隙變位對梁撓度的影響。本小節(jié)計算按《鐵路橋梁搶修（建）技術(shù)規(guī)程》（試行）、《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（TB10002.2-2005）、《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》（TB10002.1-2005）和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-2003）的要求進(jìn)行分析。利用ANSYS軟件進(jìn)行靜力計算。荷載為東風(fēng)4型機(jī)車單機(jī)隨掛70kN/m均載。根據(jù)設(shè)計要求，列車荷載作用在六片梁上，則一片梁承受1/6的列車荷載，計算中不考慮梁自重及動力影響。

3.1.124m單層式六四梁彈性位移計算。利用ANSYS建立不考慮銷孔位移的24m單層式六四梁有限元模型，對其施加列車荷載，查看梁跨在1/6的列車荷載作用下的豎向位移，即為該結(jié)構(gòu)的彈性位移。由ANSYS計算可得，當(dāng)不考慮銷孔間隙變位時，列車荷載作用下的24m單層式六四梁豎向最大彈性位移為。

3.1.232m雙層式六四梁彈性位移計算。利用ANSYS建立不考慮銷孔位移的32m雙層式六四梁有限元模型，對其施加列車荷載，查看梁跨在1/6的列車荷載作用下的豎向位移，即該結(jié)構(gòu)的彈性位移。由ANSYS計算可得，當(dāng)不考慮銷孔間隙變位時，列車荷載作用下的32m雙層式六四梁豎向最大彈性位移為。

3.2六四式鐵路軍用梁非彈性位移計算

對于六四式鐵路軍用梁，拼裝前后桿件節(jié)點處軸向位移量為銷孔直徑減去銷釘直徑結(jié)果的1/2，即0.75mm。對于兩端都有銷孔的桿件，桿件軸向變形量為銷孔直徑減去銷釘直徑，即1.5mm。對于只有單端有銷孔的構(gòu)件，桿件軸向變形量為銷孔直徑減去銷釘直徑結(jié)果的1/2，為0.75mm。所以計算某一節(jié)點處由銷孔間隙變位引起的位移時，只需在該節(jié)點施加單位力，利用有限元分析軟件ANSYS計算出各個桿件的軸力，再根據(jù)虛功原理計算出各桿變形虛功的總和，即得到銷孔間隙變位引起的非彈性位移。銷釘與銷孔間的間隙使桿件長度產(chǎn)生的變化值如表1所示。對六四梁跨中施加單位荷載，可計算出銷孔間隙變位引起的跨中非彈性位移。

參考文獻(xiàn)

[1]李云峰，段樹金．六四式梁拼組結(jié)構(gòu)的位移計算[J]．石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報，1998，11（2）：72-75．

[2]馬肖，段樹金．初始位移對銷接承載力的影響[J]．西部探礦工程，2006，（4）：250-251．

[3]彭興山，王賀軒，李云山．軍用梁結(jié)構(gòu)體系銷孔位移的計算[J]．石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報，1998，11（1）：52-55．

[4]古輝榮．組拼式架橋機(jī)機(jī)臂的位移計算[J]．產(chǎn)品技術(shù)，2004，（2）：31-33．

[5]段樹金，李云峰．關(guān)于應(yīng)急拼組工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算[J]．工程力學(xué)（增刊），1998：532-535．

[6]孫訓(xùn)方，方孝淑，關(guān)來泰．材料力學(xué)[M]．北京：高等教育出版社，2002．

[7]李慶華．材料力學(xué)[M]．成都：西南交通大學(xué)出版社，1994.

作者簡介：蘆文婷，大秦鐵路股份有限公司侯馬北工務(wù)段助理工程師。

（責(zé)任編輯：劉晶）