• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      基于梁格法的大邊跨鋼混混合梁有限元分析

      2021-09-22 12:01:56劉世明張穎達(dá)李振豪
      中外公路 2021年4期
      關(guān)鍵詞:梁格單梁格法

      劉世明,張穎達(dá),李振豪

      (1.華北水利水電大學(xué) 土木與交通學(xué)院,河南 鄭州 450045;2.華北水利水電大學(xué) 河南省生態(tài)建材工程國(guó)家聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室)

      1 前言

      鋼結(jié)構(gòu)橋梁具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、綠色環(huán)保、適合裝配式施工等優(yōu)點(diǎn),在中國(guó)目前鋼結(jié)構(gòu)橋梁占比遠(yuǎn)低于歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家。然而,自2015年以來,中國(guó)交通運(yùn)輸部開始制定推動(dòng)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁發(fā)展的政策,并于2016年7月5日正式下發(fā)《關(guān)于推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)的指導(dǎo)意見》,使得鋼結(jié)構(gòu)和鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁在近幾年得到迅速發(fā)展。在鋼梁橋設(shè)計(jì)過程中,建模的方法主要有單梁法、板殼單元法、梁格法和三維實(shí)體單元法等。單梁法以理論成熟、建模方便且易于掌握而得到廣泛使用,但不能模擬箱形截面的剪力滯、畸變及橫向力學(xué)效應(yīng);板殼法和三維實(shí)體單元法建模復(fù)雜而通常應(yīng)用于局部鋼混結(jié)合段、錨固等受力復(fù)雜區(qū)域驗(yàn)算;梁格法易于掌握、計(jì)算方便、精度較高,可以考慮箱梁的彎曲效應(yīng)和剪力滯效應(yīng),特別適合于箱梁建模,廣泛應(yīng)用于碗形、斜交、曲線寬箱、組合箱、預(yù)制箱梁和頂進(jìn)框架橋。然而,新的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范明確指出針對(duì)彎、寬、斜及變寬橋梁以及汽車荷載的偏載效應(yīng)等提出了精細(xì)化有限元模型計(jì)算的要求,梁格法是設(shè)計(jì)人員的必然選擇。

      梁格法是將上部結(jié)構(gòu)等效劃分為空間梁格的模擬計(jì)算方法。將上部結(jié)構(gòu)各部分的彎曲剛度與抗扭剛度等效為對(duì)應(yīng)的縱、橫向梁格單元,使其在同樣的荷載下,梁格模型具有與實(shí)際結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)力分布及變形。以單箱雙室鋼箱梁為例,沿橫向往往劃分為3個(gè)縱梁,并按照效應(yīng)等效的原則,設(shè)置縱、橫向梁格的截面特性。鋼箱梁截面的具體劃分方式有兩種:

      (1)方法1:保證分割后縱梁與整體箱梁中性軸一致,如圖1所示。需要通過計(jì)算確定分割點(diǎn),使得縱向梁格豎向變形與整體箱梁模型保持一致。當(dāng)鋼箱梁為無橫坡的規(guī)則截面時(shí),只需將頂板、底板分別按照面積等分來確定分割點(diǎn)位置。

      圖1 鋼箱梁截面劃分方法1

      (2)方法2:各縱梁在箱室中心處分割,如圖2所示。根據(jù)分割后縱梁的抗彎剛度進(jìn)行強(qiáng)制移軸,以調(diào)整各縱梁的截面特性。由于該文鋼箱梁頂、底板存在U形縱肋,且箱梁頂面有2%橫坡,難以按方法1等分截面慣性矩,故該文鋼箱梁截面劃分采用該方法。

      當(dāng)鋼主梁通過結(jié)合段連接混凝土主梁時(shí),需要在外輪廓上與混凝土主梁保持一致,導(dǎo)致懸臂長(zhǎng)度較大。同時(shí),在恒載作用下鋼箱梁結(jié)合段端部會(huì)存在一定的彎矩和剪力,與一般簡(jiǎn)支梁的受力狀況存在較大差異,有必要開展相關(guān)研究工作。該文結(jié)合孫口黃河特大橋大邊跨鋼箱梁,采用橋梁專用有限元分析軟件 Midas/Civil2019,開展單梁模型和梁格法對(duì)比分析。以探明鋼箱梁各構(gòu)件的應(yīng)力分布、變形規(guī)律和支反力。

      圖2 鋼箱梁截面劃分方法2

      2 工程概況

      孫口黃河特大橋是G342線上的控制性工程,與現(xiàn)存京九鐵路黃河大橋相距僅230 m。為減少對(duì)水流的影響,該橋設(shè)計(jì)采用了與其相匹配的跨徑布置:(60.2 m+5×108.36 m)+6×108.36 m+(5×108.36 m+64.2 m),其中最大邊跨跨徑達(dá)108.36 m,邊中跨比值達(dá)1,對(duì)邊跨受力非常不利,第一聯(lián)橋型布置如圖3所示。為減少大邊跨在恒載作用下的彎矩及結(jié)構(gòu)變形,故采用了鋼-混凝土主梁結(jié)構(gòu)形式,將鋼混結(jié)合段布置在距離主梁端部68 m處。橋梁雙幅布置,單幅鋼箱梁采用單箱雙室截面,鋼箱梁頂寬16.31 m,底寬8.25 m,高3.836 m,單側(cè)懸臂長(zhǎng)度4.03 m。鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)段頂板厚度18 mm,腹板厚度20 mm,底板厚度24 mm,頂板U肋厚度10 mm,底板U肋厚度6 mm,腹板采用鋼板加勁,厚度12 mm;橋面頂板為正交異性板。橫隔板標(biāo)準(zhǔn)間距為3.9 m,厚度均為20 mm。如圖4所示。

      3 有限元模型建立

      計(jì)算模型均采用Q345D鋼材,材料彈性模量、重度按規(guī)范選取,并考慮1.06的自重系數(shù)以計(jì)入焊縫重量,橋面鋪裝及欄桿等二期恒載以線荷載的形式施加。鋼混結(jié)合段側(cè)在恒載作用下的附加彎矩大小由橋梁整體計(jì)算模型確定,并施加于對(duì)應(yīng)的梁端節(jié)點(diǎn)上。為開展針對(duì)性的對(duì)比研究,在全橋整體計(jì)算模型的基礎(chǔ)上,以第一聯(lián)第六跨鋼箱梁為研究對(duì)象,采用Midas/Civil 2019分別構(gòu)建了單梁模型和梁格法分析模型,其中單梁模型83個(gè)節(jié)點(diǎn),70個(gè)單元,橫隔板以自重形式計(jì)入荷載,如圖5所示。支座位置建立上、下兩個(gè)節(jié)點(diǎn),其中上節(jié)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)主梁節(jié)點(diǎn)剛性連接,下節(jié)點(diǎn)固結(jié)約束,上、下節(jié)點(diǎn)間采用彈性連接來模擬實(shí)際支座。梁格法模型共劃分為 226個(gè)節(jié)點(diǎn),352個(gè)單元,如圖6所示。

      圖3 孫口黃河特大橋第一聯(lián)橋型圖(單位:cm)

      圖4 鋼箱梁橫斷面(單位:mm)

      圖5 單梁模型

      圖6 梁格模型

      4 結(jié)果分析

      4.1 結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

      4.1.1 組合應(yīng)力

      鋼箱梁不同計(jì)算模型在恒載與汽車荷載共同作用下的上緣、下緣組合應(yīng)力沿跨徑方向的變化趨勢(shì)如圖7所示。

      圖7 沿跨徑方向鋼箱梁組合應(yīng)力分布

      由圖7可知:?jiǎn)瘟耗P秃土焊衲P脱乜鐝椒较蚪M合應(yīng)力分布規(guī)律相似,因考慮結(jié)合段對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響,各組合應(yīng)力沿跨徑呈非對(duì)稱分布。鋼箱梁組合拉、壓應(yīng)力極值均發(fā)生在主梁下緣,其中壓應(yīng)力值較小,由拉應(yīng)力控制設(shè)計(jì)。在跨中截面,梁格模型計(jì)算的拉應(yīng)力極值(129.0 MPa)比單梁模型計(jì)算的拉應(yīng)力極值(110.0 MPa)高17.3%。在鋼箱梁設(shè)計(jì)時(shí),采用單梁模型計(jì)算的組合應(yīng)力極值偏小,結(jié)構(gòu)不安全,建議選用梁格模型計(jì)算結(jié)構(gòu)組合應(yīng)力。

      4.1.2 剪應(yīng)力

      鋼箱梁不同計(jì)算模型在恒載與汽車荷載共同作用下的剪應(yīng)力,沿跨徑方向的變化趨勢(shì)如圖8所示。圖中左梁、中梁和右梁為沿樁號(hào)增加的方向從左向右命名。

      由圖8可知:?jiǎn)瘟耗P秃土焊衲P脱乜鐝椒较蚣魬?yīng)力分布規(guī)律相似,剪應(yīng)力極值發(fā)生在梁端支座處。梁格模型計(jì)算的左、右梁的剪應(yīng)力值基本一致;中梁的剪應(yīng)力除支座處與單梁模型差別較大外,其余位置處剪應(yīng)力值與單梁模型基本一致。在支座截面,梁格模型計(jì)算的剪應(yīng)力極值(42.1 MPa)比單梁模型計(jì)算的剪應(yīng)力極值(30.8 MPa)高36.7%。在鋼箱梁設(shè)計(jì)時(shí),采用單梁模型計(jì)算的剪應(yīng)力極值偏小,結(jié)構(gòu)不安全,建議選用梁格模型計(jì)算結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力。

      圖8 沿跨徑方向鋼箱梁剪應(yīng)力分布

      4.2 汽車荷載下?lián)隙确治?/h3>

      汽車荷載下主梁撓度是表征結(jié)構(gòu)剛度的重要指標(biāo)。采用單梁模型計(jì)算的跨中最大撓度值為-38.6 mm;而梁格模型計(jì)算的左梁、中梁和右梁撓度最大值分別為2.4、-36.4和-42.4 mm,可見汽車荷載作用下,梁格模型計(jì)算的撓度極值(42.4 mm)比單梁模型計(jì)算的撓度極值(38.6 mm)高9.8%。梁格模型更能準(zhǔn)確地模擬變形沿橫向分布情況。在鋼箱梁設(shè)計(jì)時(shí),采用單梁模型計(jì)算的撓度極值偏小,建議選用梁格模型計(jì)算結(jié)構(gòu)撓度。

      4.3 支座反力分析

      不同計(jì)算模型在汽車荷載作用下的支座反力對(duì)比如圖9所示。

      圖9 沿橫橋向支座反力分布

      由圖9可知:?jiǎn)瘟耗P秃土焊衲P脱貦M橋向支座反力分布規(guī)律相似。單梁模型兩端對(duì)應(yīng)支反力相等。梁格模型計(jì)算的結(jié)合段端、自由端的支反力值不一致。梁格模型計(jì)算的支反力極值(1 823.8 kN)比單梁模型計(jì)算的剪應(yīng)力極值(1 652.8 kN)高10.3%。在鋼箱梁設(shè)計(jì)時(shí),采用單梁模型計(jì)算的支反力極值偏小,建議選用梁格模型計(jì)算結(jié)構(gòu)支反力。

      5 結(jié)論

      (1)通過單梁模型和梁格模型的應(yīng)力、變形和支反力對(duì)比分析表明,梁格模型計(jì)算的各效應(yīng)值均較大,能更準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀況。

      (2)與單梁模型相比,梁格模型在恒載與汽車荷載作用下的組合應(yīng)力、剪應(yīng)力極值分別提高17.3%和36.7%。

      (3)與單梁模型相比,梁格模型計(jì)算的在汽車荷載作用下的撓度和支反力分別提高9.8%和10.3%。

      猜你喜歡
      梁格單梁格法
      基于狀態(tài)空間渦格法的陣風(fēng)減緩分析
      電動(dòng)單梁起重機(jī)吊具沖頂引發(fā)起升電機(jī)墜落事故分析
      基于折面梁格法的寬箱梁橋受力及梁格尺寸劃分研究
      電動(dòng)單梁起重機(jī)電氣錯(cuò)接案例的分析與思考
      淺談電動(dòng)單梁起重機(jī)檢驗(yàn)中的部分難點(diǎn)和解決措施
      施工升降機(jī)吊籠單梁的鉆孔模具
      科技資訊(2016年4期)2016-06-11 08:09:32
      小箱梁梁格法與板單元法建模分析
      梁格結(jié)構(gòu)與梁板結(jié)構(gòu)計(jì)算比較分析
      梁格法在寬幅獨(dú)塔斜拉橋分析中的應(yīng)用
      梁格法在計(jì)算中的應(yīng)用
      辽阳市| 金堂县| 木兰县| 永春县| 南华县| 海晏县| 山丹县| 敦化市| 衡东县| 贡嘎县| 四子王旗| 远安县| 灵山县| 武宣县| 得荣县| 邛崃市| 吉安县| 上饶县| 镇平县| 东平县| 泉州市| 鄯善县| 中江县| 常山县| 当涂县| 垣曲县| 和硕县| 资兴市| 富阳市| 岳普湖县| 屯门区| 美姑县| 金堂县| 吐鲁番市| 洪湖市| 凤山市| 长葛市| 澜沧| 广东省| 中宁县| 边坝县|