1、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:采用施工联合截面,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
2、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
3、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/-51924832.811.4/-107.2258.9/-237.7双单元47689200/-5194370011.4/-107.2259.0/-237.62.3.2 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
4、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/-39206.37.8/-72.58.6/-9.4双单元224855/-1421097.9/-73.18.8/-12.72.3.3 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
5、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
6、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。