叠合梁模拟方法探讨双单元施工联合截面样本.docx
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叠合梁模拟方法探讨双单元施工联合截面样本
组合梁模仿办法探讨
1问题描述:
组合梁是一种较复杂构造,截面普通由两种不同材料结合或不同工序结合而成,亦称为联合梁。
当前,桥梁领域使用比较广泛是钢—混凝土组合梁,其模仿办法基本有两种:
①采用施工联合截面,②采用双单元。
对于相似构造,分别采用上述两种办法,其成果与否一致?
如果不相似,是什么因素导致?
2问题分析
2.1模型基本状况简介
主梁为钢—混凝土组合构造,截面由工字型钢梁和混凝土桥面板结合而成,联合截面尺寸数据详见图2-1。
钢材和混凝土材料分别为Q235和C60。
构造为15m+5m+12m三跨持续梁,双单元模型和联合截面模型详见图2-2和图2-3。
图2-1联合截面
图2-2双单元模型
图2-3联合截面模型
2.2模型细节模仿阐明
2.2.1联合截面模型
截面采用中上对齐,并且考虑剪切变形。
施工阶段为架设钢梁和铺设混凝土板,架设钢梁时考虑自重及混凝土板湿重。
单个单元消隐图详见图2-4。
图2-4单元消隐图(中上对齐)
2.2.2双单元模型
工字钢和矩形混凝土板均采用中上对齐,并且考虑剪切变形,单元通过弹性连接刚性连接。
施工阶段同联合截面模型,边界约束在混凝土板节点上,单个单元消隐图详见图2-5。
图2-5单元消隐图(中上对齐)
2.3成果对比
2.3.1架设钢梁(CS1)
联合截面模型成果:
图2-6弯矩图(N.mm)
图2-7位移图(mm)
图2-8组合1应力图(MPa)
双单元模型计算成果:
图2-9弯矩图(N.mm)
图2-10位移图(mm)
图2-11组合1应力图(MPa)
表格成果对比(单位:
N,mm)
模型CS1
弯矩My(max/min)
位移(max/min)
组合1应力(max/min)
联合截面
47654543.3/-51924832.8
11.4/-107.2
258.9/-237.7
双单元
47689200/-51943700
11.4/-107.2
259.0/-237.6
2.3.2铺设混凝土板(CS2)
联合截面Part2计算成果:
图2-12弯矩图(N.mm)
图2-13位移图(mm)
图2-14组合1应力图(MPa)
双单元模型混凝土板计算成果:
图2-15弯矩图(N.mm)
图2-16位移图(mm)
图2-17组合1应力图(MPa)
表格对比成果(单位:
N,mm)
模型CS2
弯矩My(max/min)
位移(max/min)
组合1应力(max/min)
联合截面
42487.3/-39206.3
7.8/-72.5
8.6/-9.4
双单元
224855/-142109
7.9/-73.1
8.8/-12.7
2.3.3成果分析及问题
通过上述对比,有如下现象:
1联合截面和双单元模型在CS1阶段,成果基本一致。
2联合截面和双单元模型在CS2阶段,混凝土板成果除位移成果外,内力及应力不一致。
3联合截面Part2弯矩图是持续图形,双单元模型混凝土板弯矩图是锯齿状。
4两个模型CS2阶段位移臂CS1阶段位移小。
结合开篇所提到问题,咱们可以看到,两种模仿办法成果不一致,正常状况下,联合截面模型计算成果是对的。
因而,还引申出下面两个进一步探讨问题:
Q1:
双单元模型如何修正?
Q2:
双单元模型弯矩图为什么是锯齿状?
Q3:
位移变小与否正常?
2.4问题解决方案
2.4.1问题1
采用双单元模仿组合梁时,不考虑截面剪切变形影响,其计算成果和联合截面模型基本一致,最大应力8.62MPa,最小应力-9.34MPa,应力成果详见图2-18。
图2-18组合1应力图(MPa)
进一步分析懂得,剪切变形对两种模型计算成果差别起核心作用。
当采用双单元模仿时,由于弹性连接刚性连接混凝土板和钢工字型梁,形成框架构造,如图2-19。
因而,混凝土板计算跨径相对于自身尺寸,容易形成深受弯构件,导致剪切变形作用被放大,采用联合截面时,对于Part2而言不存在这个问题。
图2-19框架构造
2.4.2问题2
不考虑剪切变形时,双单元模型弯矩图基本是持续。
相比联合截面模型,由于弹性连接刚性存在,会分担某些弯矩,因而并不是完全持续。
以其中350to353单元为例示意,详见图2-20。
图2-20框架构造弯矩图
图2-21弹性连接内力(77)
细心观测会发现,弹性连接弯矩在上下单元相交处,不满足弯矩平衡原理。
例如,在节点353处,弯矩分别为-36.9(逆时针)、-37.3(顺时针)、10.07(顺时针)。
事实上这样理解是不对,构造分析是以质心连线为模型,混凝土板是中上偏心,因而有附加弯矩是没考虑,附加弯矩大小为单元轴力(或弹性连接剪力Fz)和偏心乘积,详细计算过程,人们自己完毕。
2.4.3问题3
位移变小是不正常。
由于组合梁变形计算采用单梁计算原理,即单一材料弹性变形,因而组合梁查位移时,只有共计总位移。
但组合梁截面刚度是分阶段形成,对于湿重模仿阶段,变形发生是不可逆。
为避免位移变小状况发生,一定要强调在截面刚度完全形成前,不让构造发生位移,普通通过暂时支撑实现。
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