横隔板间距对集中偏心荷载作用下简支钢箱梁畸变的影响

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1、横隔板间距对集中偏心荷载作用下简支钢箱梁畸变的影响杨佑发王立福黄文(重庆大学土木工程学院，重庆400045;E-mail:yfyang@cqcnc.com)摘要钢板箱形梁是工程中常采用的结构形式，研究横隔板间距对集中荷载作用下简支钢箱梁畸变的影响，通过设置不同数量横隔板的简支钢箱梁在集中荷载作用下，比较畸变效应和刚性扭转效应，得到最大畸变效应随横隔板密度的变化曲线。在箱梁腹板顶端施加集中荷载，按畸变、刚性扭转、对称弯曲和偏心荷载四种工况采用荷载分解的方法进行计算。关键词箱梁，横隔板，畸变，集中偏心荷载中图分类

2、号TU378.702文献标识码A[1～理论和实践证明，截面畸变变形对闭口截面薄壁件约束扭转的影响是不可忽略的2]。在实际工程中，往往通过横隔板以减小薄壁杆件的畸变效应。本文将研究横隔板间距对简支钢箱梁畸变的影响，给出可以忽略畸变影响的横隔板设置密度指标，对工程设计具有实际意义。矩形截面箱形梁在扭矩作用下的分析方法很多，根据是否将刚性扭转和畸变分开考虑可把目前常用的分析方法分为两种：（1）把反对称荷载分解为刚性扭转荷载和畸变荷载，对它们产生的效应单独进行分析计算，而后再进行叠加；对刚性扭转一般采用乌曼斯基理论或

3、Reissner理论，对畸变效应则采用专门的畸变计算理论；习惯上称这种方法为荷载分解法。（2）广义坐标法。该方法是用一个翘曲函数来同时考虑扭转和畸变引起的翘曲，是目前国际上对箱梁进行理论分析的基本方法。目前在工程的实际计算中，更多的还是采用荷载分解法，将约束扭转分解为刚性扭转和畸变两部分来分别进行分析。在本文的计算中，也将采用荷载分解的方法来进行分析研究。1．计算分析计算所用的钢板箱形梁为等截面单室矩形箱梁，跨度L=24m，宽b=2.5m，高h=2.0m；箱梁的顶底板和腹板均厚20mm，梁的两端设置横隔板，横

4、隔板厚度与腹板厚度相同；分析52模型的几何尺寸见图1。箱梁横截面面积A=1.8×10mm，截面抗弯惯性矩Ix=1.26678×11410mm。利用通用有限元分析软件ANSYS建立分析模型，采用三维实体单元Solid45对箱梁板件进行网格划分。为了便于施加荷载，同时利用表面效应单元Surf154将箱梁的外表面进行了划分，有限元网格见图1(c)。为了突出横隔板对箱形梁受力性能的影响，建模时忽[3]略了纵、横向的加劲构件，对部分构造性的板件也予以忽略。构件材料采用14MnNbq钢，113材料弹性模量E=2.1×10

5、MPa，泊松比m=0.3，密度r=7850kg/m。(a)几何模型(mm)(b)截面尺寸(mm)基金项目：重庆市科委资助（7771）第一作者：杨佑发男1968年7月出生博士副教授(c)有限元网格（局部）(d)畸变荷载图1承受集中荷载的两端简支箱形梁Fig1Simplysupportedboxgirderunderconcentratedload在箱梁左侧腹板顶端施加3000kN的集中力（如图1），按跨中横隔板设置数量的不同，荷载也施加在不同的位置，各种横隔板密度下的荷载施加施加位置列于表1。由荷载分解法计算可

6、得畸变荷载P=375kN/m，荷载方向如图1(d)所示。为了避免荷载施加位置出现严重的应力集中，在有限元模型上施加荷载时利用表面效用单元Surf154将畸2变荷载施加在10cm宽的条带上，所以施加在单元表面的表面力为q=3750kN/m。表1集中荷载施加位置Table1Concentratedloadpoint跨中横隔板数012345679加载位置L/23L/4L/25L/8L/27L/12L/29L/1611L/20注：表中所列加载位置指的是到坐标原点的距离为考查集中荷载作用下横隔板设置密度对箱形梁畸变效应

7、的影响以及畸变位移和畸变应力沿梁轴方向的分布规律，在截面左下角点（板件中心线的交点）沿梁跨方向建立路径进行分析，沿路径输出了X、Y、Z三个方向的畸变位移和沿纵向畸变正应力。同时，按畸变角计算公式计算畸变角，还在截面左上角点沿梁跨方向建立路径输出了横向畸变位移D。ho2受力特性及规律图2～图5分别列出了在畸变荷载作用下，在跨中分别设置0～5道横隔板时横向畸变位移D、D、畸变挠度D以及纵向翘曲位移W(z)沿梁轴方向的变化曲线。hohuv(a)0～2道横隔板(b)3～5道横隔板图2集中荷载作用下横向畸变位移D沿梁轴

8、的变化曲线hoFig2CurvesoftransversedisplacementDunderconcentratedloadho2(a)0～2道横隔板(b)3～5道横隔板图3集中荷载作用下横向畸变位移D沿梁轴分布曲线huFig3CurvesoftransversedisplacementDunderconcentratedloadhu(a)0～2道横隔板(b)3～5道横隔板图4集中荷载作用下畸变挠