薄壁曲線箱梁考慮翹曲-畸變和剪滯效應(yīng)的空間分析

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1、..第3卷第6期土木工程學(xué)報(bào)Vol33No62000年12月CHINACIV幾ENGD飛ERINGJOURNAL1無(wú)e.2(XX)、薄壁曲線箱梁考慮翹曲畸變和剪滯效應(yīng)的空間分析韋成龍?jiān)鴳c元(長(zhǎng)沙交通學(xué)院)(中南大學(xué))、、、、、摘要提出一種能同時(shí)考慮拉壓彎曲扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)翹曲畸變剪滯效應(yīng)及它們之間交互作用的每節(jié)點(diǎn)有14,一一,個(gè)自由度的薄壁曲線箱梁空間分析單元并直接從流動(dòng)的圓柱極坐標(biāo)系下一點(diǎn)處的位移應(yīng)變應(yīng)力關(guān)系出發(fā)結(jié)合,。。薄壁曲線箱梁理論和有限元技術(shù)推導(dǎo)出該單元的剛度矩陣通過(guò)模型試驗(yàn)〔15][習(xí)驗(yàn)證了本文方法的正確性關(guān)健詞曲線

2、箱梁剪滯效應(yīng)流動(dòng)的圓柱極坐標(biāo)有限元法畸變,“用尤其是這些方法都沒(méi)有考慮曲線箱梁的剪滯效1引言”。,應(yīng)而忽略剪滯效應(yīng)就會(huì)低估曲線箱梁結(jié)構(gòu)實(shí)際,產(chǎn)生的應(yīng)力[8]致使立交橋或高架橋的寬箱梁出現(xiàn)橫,。,薄壁曲線箱梁橋在荷載作用下將發(fā)生彎扭組合向裂縫[9j本文在普通曲梁?jiǎn)卧幕A(chǔ)上通過(guò)增加,,變形同時(shí)伴隨有截面的畸變對(duì)寬翼箱梁還必須考,節(jié)點(diǎn)位移未知量提出一種每節(jié)點(diǎn)具有14個(gè)自由度“”,,慮剪力滯后現(xiàn)象且由于梁軸初曲率的影響這、、、、的能同時(shí)考慮拉壓彎曲扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)翹曲畸變翹。些變形是藕合的能同時(shí)考慮上述諸因素的方法主要、、曲畸變橫撓剪

3、滯效應(yīng)及它們之間藕合作用的薄壁,是板殼有限元法及有限條法板殼有限元法計(jì)算曲線。曲線箱梁空間分析單元其中剪滯效應(yīng)分析采用筆者,、箱梁有很強(qiáng)的適用性但該法計(jì)算工作量大計(jì)算結(jié),提出的多參數(shù)剪滯翹曲位移函數(shù)以考慮翼板寬度及,。果不便實(shí)用往往使結(jié)構(gòu)工程師放棄選用有限條法其至截面形心軸距離對(duì)剪翹位移幅度的影響和軸力平,雖可減少不少自由度數(shù)但它在邊界條件處理方面存,;衡條件采用烏曼斯基理論把扭轉(zhuǎn)翹曲函數(shù)p取作,。在一定的局限性且該法無(wú)法分析變截面曲線梢梁一個(gè)基本位移未知量;以內(nèi)腹板附加畸變豎向撓度作、,板殼有限元法有限條法的上述不足促

4、使人們?nèi)?為畸變廣義坐標(biāo)畸變橫撓分析中引人橫向有限條的求,比較簡(jiǎn)單的實(shí)用計(jì)算方法不少專家學(xué)者在這方面;概念幾何方程采用流動(dòng)的圓柱極坐標(biāo)系下的應(yīng)變張..。c作出了較有成效的工作PHeins[l]用差分法解,一一量關(guān)系式并直接從位移應(yīng)變應(yīng)力關(guān)系出發(fā)進(jìn)行推,v硯腳薄壁曲梁微分方程但符氏方程是對(duì)開(kāi)口薄壁,、導(dǎo)以使各種變形它們之間的交互作用及梁軸初曲,,曲梁導(dǎo)出的翹曲函數(shù)為扭轉(zhuǎn)角的一階導(dǎo)數(shù)因而用。率的影響等因素得以直接而又較全面地考慮[2]。它計(jì)算曲箱梁有時(shí)會(huì)引起較大的誤差文獻(xiàn)〔3〕,本文方法屬于一維有限單元法可用于變截面。4采

5、用斜端面的直箱梁?jiǎn)卧獊?lái)計(jì)算曲箱梁文獻(xiàn)〔]、、、、,、(包括變高度變寬度變壁厚)任意支承條件薄v從Vlaso薄壁曲梁理論出發(fā)提出一種考慮拉壓彎,壁平面任意曲線箱梁在各種載荷作用下的一般情況、。曲扭轉(zhuǎn)和畸變的薄壁曲箱梁?jiǎn)卧墨I(xiàn)【5〕從殼、且直線薄壁箱梁?jiǎn)卧胀臻g梁?jiǎn)卧窍蛏霞嫒菰?,體幾何方程出發(fā)利用廣義坐標(biāo)法原理建立了空間。本文單元內(nèi)的,曲線薄壁箱梁的控制微分方程組并利用有限段法進(jìn)。行了數(shù)值計(jì)算文獻(xiàn)【6」和文獻(xiàn)【7〕先后用不同的2薄壁曲線箱梁質(zhì)點(diǎn)空間位移與應(yīng)變分析方法提出了周邊不變形時(shí)薄壁曲線箱梁的單元?jiǎng)偠染?。陣盡管已有

6、一些薄壁曲箱梁空間分析的實(shí)用計(jì)算方.,21墓本假設(shè)與坐標(biāo)系的選取法被提出來(lái)但這些方法都或多或少地存在一些局限:,“”“”在本文的分析中采用如下基本假設(shè)(l)曲線箱性有的以直代曲(包括結(jié)構(gòu)上的以直代曲,、、“”,梁橋處于線彈性工作階段結(jié)構(gòu)變形由拉壓彎曲和局部坐標(biāo)系下幾何方程的以直代曲)有的沒(méi)有、、、,扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)翹曲剪力滯畸變翹曲與畸變橫撓組考慮扭轉(zhuǎn)和畸變的藕合作用有的以扭轉(zhuǎn)角和畸變角,;,成且與結(jié)構(gòu)尺度相比是微小的(2)曲線箱梁截面的一階導(dǎo)函數(shù)作為翹曲函數(shù)有的則沒(méi)有考慮畸變作,尺寸遠(yuǎn)小于跨度與曲率半徑可不計(jì)曲率沿橫截面的.;

7、;收稿日期:1卯于的12:火眾洲又{巧七(3)箱壁厚度與截面其他尺寸相比是很小的收到修改稿日期刻,,湖南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(97汀口腸3)(4)剪翹只計(jì)翼板的剪滯效應(yīng)不計(jì)彎剪翹曲且只土木工程學(xué)報(bào)20以)年;,在豎向彎曲中引人剪滯效應(yīng)(5)不計(jì)初曲率對(duì)畸變的畸變中心(簡(jiǎn)稱畸心)其幾何意義見(jiàn)文獻(xiàn)【5〕,,〔’2’3]。,:中心位置的影響次要變形畸變翹曲與剪滯效應(yīng)【16」或圖2實(shí)際上o是橫截面只發(fā)生畸變而無(wú)。,之間的交互作用亦可忽略不計(jì)仁ls]另外為分析方,其他位移時(shí)各周邊位移的切向分量所共同對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn),,便起見(jiàn)取直腹箱梁(

8、如圖lb)作為研究對(duì)象坐,,一一動(dòng)中心其位置坐標(biāo)為定值可由文獻(xiàn)【5」222節(jié),標(biāo)系及箱梁的有關(guān)尺寸見(jiàn)圖1所示其中“勺乞?yàn)檫^(guò)。;中的(a)(b)()三式確定當(dāng)不計(jì)初曲率對(duì)畸變,;01,一形心軸的流動(dòng)的曲線坐標(biāo)系為截面的扭轉(zhuǎn)中心中心位置的影響時(shí)亦可用文獻(xiàn)【16」中的642式[s];02。其位置可忽略箱梁軸線初曲率的影響為