单箱三室曲线箱梁剪力滞效应一般规律研究

发表时间:2019/1/10   来源:《科技新时代》2018年11期   作者:刘延
[导读] 箱形截面梁桥在荷载作用下,会产生剪力滞效应,如果在设计中忽略了剪力滞问题,将会影响桥梁的使用安全。

武汉理工大学  430070
        摘要:箱形截面梁桥在荷载作用下,会产生剪力滞效应,如果在设计中忽略了剪力滞问题,将会影响桥梁的使用安全。本文在针对目前研究中存在的一些问题进行深入研究,运用桥梁设计有限元软件Midas对两跨单箱三室连续曲线梁桥建立有限元模型, 得到了连续曲线箱梁剪力滞效应的一些规律
        关键词:剪力滞效应;有限元;单箱三室曲线梁
        1有限元分析的步骤[1]
        有限元法的基本方法是化整为零,分散分析,再集零为整,可适用于复杂不规则区域的求解,在不同边界条件的处理上也会更加简便。一般进行有限元分析包含下面五个阶段:
        (1)对结构进行划分和离散。这是有限元分析的第一步,根据求解问题精度的不同,有限元划分单元的个数也不同,精度要求越高,划分地越细,所得到的结果也越接近实际值。
        (2)确定位移函数。为求得单元中任意一点的位移,我们可以把节点的位移设为自变量,将单元中任意所求点的位移设为因变量,将其表示为单元结点位移的函数,这个函数便是单元的的位移函数。
        (3)对离散出的单元进行力学分析。
        (4)集合形成结构的节点应力应变平平衡方程
        根据单元之间的变形协调条件,集合各单元的刚度方程为结构的整体刚度方程:
         
       

        图2-1  模型图
        剪力滞系数的定义[3]为:
        
        其中模型计算出来的各点的应力为考虑剪力滞效应下各点的正应力,按初等梁理论求得的正应力这里取箱梁截面的真实应力曲线的面积除以箱梁翼板宽度得到的值。
        对于该模型,为了便于分析荷载形式对箱梁剪力滞效应的影响,本文选取了两种典型的荷载形式:跨中对称集中荷载(P=800kN)和全跨对称均布荷载(q=40kN/m)。
        参考文献[4],不管施加集中荷载还是均布荷载,箱梁剪力滞效应的应力分布趋势基本相同,只是大小不同,与均布荷载作用相比,集中荷载下的剪力滞系数更大且剪力滞效应更加明显,所以,为了简单直观分析三种工况,这里考虑集中荷载作用。
        按照剪力滞系数的定义,需要确定的关键量即为结构的正应力,有限元软件Midas建模后,其强大的模型处理分析功能可以轻松实现这一点,本章对三种工况下箱梁的剪力滞系数变化情况进行了建模分析。
        选择跨中截面和中支座截面为典型研究截面,以工况二为例绘制出其跨中截面应力变化曲线,对曲线用MATLAB进行积分求解,根据定义算出初等梁理论下的应力均值,两者相除即为各点的剪力滞系数λ的值。
        
        图2-2  工况二跨中截面顶板正应力变化图
        根据上图可分析得到,当施加集中力荷载时剪力滞峰值出现在荷载施加的腹板与顶板交汇处,这与通常的剪力滞应力分布形式相似,随着与腹板的距离的拉大,剪力滞数值迅速减小。但具体分析三种工况下的峰值的大小,可以发现施加有荷载的腹板峰值明显大于没有施加荷载的腹板峰值,当每个腹板都施加有荷载时,内侧腹板处的剪力滞系数比外侧稍大。
        3总结
        本文对有限元分析的基本方法步骤做了介绍,并对单箱三室曲线箱梁的剪力滞效应一般规律进行了探索研究,根据模型在三种不同工况下的箱梁顶板的正应力数据绘制出了其应力变化图,并选取了三个关键点按照剪力滞系数计算公式对其进行了求解,分析了剪力滞系数的变化规律。
       
       
       
        参考文献
        [1]赵经文,王宏钰.结构有限元分析(第二版),北京:科学出版社,2001.
        [2]张英俊,单行三室箱梁在正对称荷载作用下局部畸变效应理论研究[D].兰州:兰州交通大学建筑与土木工程学院,2015.
        [3]项海帆,高等桥梁结构理论[M].第2版,北京:人民交通出版社,2013.
        [4]蔺鹏臻,孙理想,杨子江等.单箱双室简支箱梁的剪力滞效应研究[J].铁道工程学报,2014(1):59-63.
 

投稿 打印文章 转寄朋友 留言编辑 收藏文章
  期刊推荐
1/1
转寄给朋友
朋友的昵称:
朋友的邮件地址:
您的昵称:
您的邮件地址:
邮件主题:
推荐理由:

写信给编辑
标题:
内容:
您的昵称:
您的邮件地址: