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《薄壁鋼箱梁自由扭轉剛度和翹曲扭轉剛度的計算-周奇》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、2014年2月汕頭大學學報（自然科學版）第29卷第1期Feb.2014JournalofShantouUniversity(NaturalScience)Vol.29No.1文章編號：1001-4217（2014）01-0065-08薄壁鋼箱梁自由扭轉剛度和翹曲扭轉剛度的計算112周奇，王仲啟，于東民（1.汕頭大學風洞實驗室，廣東汕頭515063；2.中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西西安710065）摘要：大跨度橋梁動力特性分析中主梁自由扭轉剛度和翹曲扭轉剛度的計算是個難點，本文介紹了利用ANSYS有限元軟件計算扁平鋼箱梁截面的扭
2、轉常數(shù)和翹曲常數(shù)的詳細步驟，并給出了動力特性分析中計入翹曲扭轉剛度的方法.通過實際算例驗證了本文介紹的大跨度橋梁主梁扭轉剛度計算方法的可行性，并指明了具體實施中的一些細節(jié)和技巧.關鍵詞：橋梁工程；動力特性；自由扭轉剛度；翹曲扭轉剛度；三主梁模型中圖分類號：U441+.3文獻標識碼：A0引言大跨度橋梁抗風穩(wěn)定性分析中，扭彎頻率比是顫振分析的重要參數(shù)，動力特性分析時應正確計算主梁結構扭轉剛度.鋼箱梁是目前大跨度橋梁常用的主梁形式之一，屬于典型的薄壁桿件，因此正確計算其扭轉剛度是個難點.根據(jù)材料力學可知，對于一些簡[1]單的等壁厚截面，可以用公
3、式直接求出.若壁厚不等，需要采用符拉索夫開口截面薄[2]壁桿件理論和烏曼斯基閉口截面薄壁桿件理論，逐段積分運算；若帶有U肋或是開閉口組合截面，需要按照烏曼斯基第二理論計算，首先求得主扇形極點和主扇形面積，再得到截面常數(shù).大量增強局部穩(wěn)定性的加勁肋（U肋或T肋）使用，使得鋼箱梁的構造越來越復雜，截面的扭轉常數(shù)和翹曲常數(shù)計算十分繁瑣.此外，由于主梁底板提供的剛度相對較少，現(xiàn)代大跨度橋梁為了減輕主梁自重，往往采用無底板或部分底板的π形主梁或開口鋼箱梁.與全底板的封閉截面相比，無底板或部分底板的主梁截面的翹曲扭轉剛度占總扭轉剛度的比例大幅度增加，
4、對結構的扭轉頻率和陣型有著顯著的影響.由此可見，大跨度橋梁動力特性分析中正確計算結構扭轉剛度需要解決薄壁型截面的扭轉常數(shù)和翹曲常數(shù)，以及如何在計算模型中計入翹曲剛度.為此，本文介紹了借助于ANSYS軟件計算薄壁型扁平鋼箱梁的截面特性計算方法和動力特性分析中計入主梁截面的翹曲扭轉剛度的方法.收稿日期：2013-06-21作者簡介：周奇（1981-），男，江蘇省高郵市人，講師，博士，國家一級注冊結構師.E-mail：zhouqi@stu.edu.cn基金項目：汕頭大學科研啟動項目（NTF12007）；國家自然科學基金項目（51308330）；
5、橋梁結構抗風技術交通行業(yè)重點實驗室開發(fā)課題（KLWRTBMC12-01）66汕頭大學學報（自然科學版）第29卷1薄壁箱梁自由扭轉剛度電算扁平鋼箱梁剛度大、自重輕、維護方便，適用于任何把自重和梁高作為重要指標的橋梁，而扁平鋼箱梁的流線型外形使其具備較好的抗風性能，因此在大跨度橋梁中廣泛運用.扁平鋼箱梁屬于復雜薄壁截面，其截面特性的扭轉常數(shù)和翹曲常數(shù)較為復雜，采用手算的方法既費時又易出錯.隨著計算機技術的發(fā)展，人們編制計算程序計算扁平鋼箱梁的截面特性，但鋼箱梁的復雜性給計算程序的通用性帶來一定困難.下面介紹采用借助于ANSYS軟件計算扁平鋼箱
6、梁截面特性.1.1AutoCAD創(chuàng)建截面面域ANSYS計算截面特性時需要將計算截面視為面域，然后采用PALNE82單元對面域進行劃分，最終通過迭代求解幾何截面特性.在ANSYS中可以直接通過點—線—面的方法直接生成所需截面的面域，但扁平鋼箱梁截面十分復雜，通過點線面的方法將是十分繁瑣的過程，因此建議由外部文件導入面域.AutoCAD是工程中通用的繪圖工具，可以在現(xiàn)有AutoCAD圖紙基礎上修改和編輯來創(chuàng)建計算截面面域.如圖1所示，扁平鋼箱梁截面通常由薄壁、U肋、T肋等組成，其幾何拓撲關系=外框線-內(nèi)框線-U肋內(nèi)框.在計算截面創(chuàng)建中需要將U
7、肋（T肋）與薄壁交接處或橫豎薄壁交接處對應的線段斷開，形成線條一一對應的關系，如圖2所示.這樣做是為了確保ANSYS可以通過拓撲關系自動識別生成自由四邊形網(wǎng)格，否則ANSYS將生成三角形等非結構化網(wǎng)格，網(wǎng)格畸變率和數(shù)量較大，網(wǎng)格質量也較差，往往會導致截面特性迭代溢出.圖1某扁平鋼箱梁截面圖2U肋、T肋和橫豎薄壁交界處的處理實際薄壁截面的U肋（T肋）通常等間距布置，截面也有一定的對稱性，繪圖時，可以先生成一個標準段，然后充分利用AutoCAD的陣列（Array）、復制（Copy）和鏡像（Mirror）等功能提高繪圖效率.計算截面生成面域
8、也可以繪制成整個計算截面，然后根據(jù)幾何拓撲關系和AutoCAD面域功能（Region）生成面域并刪除不需要的面域.還可以在AutoCAD中可以用Pedit/Joint命令將多段線連成一條多義線
