抱箍的应力与变形分析

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1、抱箍的应力与变形分析：抱箍是一个较复杂的壳体结构，通过理论计算只能求出其平均应力。本文首先计算抱箍系统结构的各构件应力及变形，然后再采用数值计算的方法模拟抱箍的变形和受力，其理论基础为有限元法[1]。计算过程中主要采用了MSC.Patran和MSC.Nastran两部大型的CAE软件。　　为了保证数值模拟方法的正确性，本文以求抱箍牛腿焊缝的平均应力和施工时的实际变形为实例。首先求得牛腿焊缝的平均应力和变形，并与数值模拟结果进行比较，确保抱箍的数值计算模型以及施加约束和荷载方法的正确性。　　然后用相同的方法进行抱箍的受力和变形的数值模拟，最后，基于以

2、上基础研究抱箍的各个主要尺寸的改变对抱箍承载能力的影响。　　关键词：数值模拟Patran应力力学仿真　　1抱箍体系的力学计算　　1.1工程简介　　■　　图1-1双柱式桥墩结构图　　表1-1抱箍结构参数　　■　　长春至深圳高速公路南京绕越东北段跨宁启铁路特大桥19#-22#桥墩为左右单幅双柱式桥墩结构，盖梁长度为15.4，高度1.5m，宽度1.8m，立柱高度为9m，直径为1.4m，立柱间距为9.3m，因立柱高度较高，从经济和安全方面综合考虑，采用抱箍支架法施工盖梁。　　双柱式桥墩抱箍结构示意图如上。　　1.2设计荷载[2]　　①砼自重：G1=40m3

3、×2.6×103×10=1040KN；　　②模板设计自重：G2=80KN，取100KN；　　③施工荷载：G3=2KN；　　④振捣荷载：G4=2.5KN；　　⑤砼灌注的冲击荷载：G5=2KN；　　则最不利组合荷载为F=1.2×（G1G2G3G4G5）=1375.8KN　　1.3主梁验算[3]　　本设计主梁采用I50a工字钢，长15.4m，Pa，[?自T]=L/400=23mm受力模型如下：　　■　　图1-3主梁力学模型　　因设计采用两根工字钢主梁，则每根工字钢承受如下线荷载：　　q=■=44.67KN/m　　主梁在承受如上均布线荷载情况下其弯矩图如下

4、，由图可以看出最不利截面在跨中截面。　　①跨中截面弯矩为：　　M=■×■-q（3.05■）×■　　=275.17KN·m　　σ正=■=■=148.02MPa<[σ]最大弯矩应力符合要求；　　②最不利截面最大挠度[4]：　　fmax=■（5-24×■）　　=■（5-24×■）　　=22mm<[?自T]主梁跨中最大挠度符合要求。　　1.4底模槽钢验算　　[12小槽钢按60cm间距布置，其计算跨度为1.8米，所以其所承受的线荷载为：　　q=0.6×1.8×1.5×2.6×10/1.8=23.4KN/m　　①最大弯矩为M中（跨中弯矩）为：　　M中=■ql2

5、=■×23.4×1.82=9.477KN·m　　②最大应力σ，查《公路桥涵施工技术规范》可知Q235钢的屈服点强度[σ]=235MPa　　σ=■=■=187.3MPa≤[σ]　　安全系数：n=■=■=1.3合格　　③最大挠度fmax[12的弹性模量为200GPa，查型钢表可知[12横向惯性矩I=303.9cm4　　fmax=■=■=5.3mm合格　　1.5抱箍牛腿计算[5]　　牛腿采用Q235钢t=16mm钢板，E43焊条焊接，焊缝属于侧面角焊缝，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度f■■=160MPa，焊脚尺寸设hf=6mm，抱箍体高50cm，厚度t=1

6、0mm：　　单个牛腿荷载为：　　■F=■=343.95KN　　τf=■=■　　=81.89MPa

7、52=196.3KN最大允许剪力[Q]=250×π×0.01252=122.7KN，则需要螺栓数目m=■=8，选用10个M25高强螺栓；　　M25高强螺栓剪应力：　　τ=■=70.07MPa<[Q]剪应力合格；　　②抱箍体拉应力　　因单片抱箍的正压力均分在两边的连接处N/2，可知该荷载即为抱箍体的环向拉力，所以抱箍体的拉应力如下：σ=■=114.65MPa

8、焊缝，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度f■■=160MPa，焊脚尺寸设hf=6mm，抱箍体高50cm，厚度t=10mm。　　因