柱肢结构的约束扭转分析.pdf

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1、器基础与结构工程Foundation＆StructureEngineerin#柱肢结构的约束扭转分析吴志勇(上海林同炎李国豪土建工程咨询有限公司，上海200092)摘要：为了方便设计分析计算，以具有刚性横粱或刚性板的理想化柱肢结构为模型，推导了计算扭转角的约束扭转方程．并通过有限元分析验证了方程的正确性。从方程可以看出，扭转角与各柱肢的抗扭刚度和抗弯刚度均有关。该方程的推导为柱肢结构的理论计算提供了一定的参考。关键词：柱肢结构：扭转角；约束扭转中图分类号：TU398．1文献标志码：A文章编号：1009—7767(201

2、2)03—0134～03ConstrainedTorsionAnalysisofColumnLimbStructureWuZhiyong(LinTungyen&LiGuohaoConsultantsLTD，Shanghai200092，China)Abstract：Inordertofacilitatethedesignanalysisandcalculation．usingtheidealizedmodelofcolumn—limbstructurewitharigidbeamorarigidplate，theres

3、trainedtorsionequationisderived．forealeulatingtwistangle，andthroughfiniteelementanalysisthecorrectnessoftheequationiSverified．Itcanbeseenfromtheequation，twistangleofthecolumnlimbarerelatedwiththetorsionalstiffnessandbendingstiffneSS．Thederivationoftheequationwil

4、lprovidessomereferenceforthetheoreticalcalculationsofcolumn—．1imbstructure．Keywords：column—limbstructure；twistangle；restrainedtorsion在钢结构以及混凝土结构中，当轴心受压柱的长计算公式，最后通过有限元计算对推导的公式加以复度较大或对于荷载偏心较大的压弯构件。常采用多柱核，结果证明该公式具有一定的实际应用价值。肢的格构式截面．从而将弯矩转化为轴向力，以增强结构的稳定性，这样的结构统称为柱肢结

5、构(见图1)。实际工程中常见的该类结构有：带盖梁的排架墩、带有刚性楼板的建筑结构、带有刚性平台的高耸结构以及悬索桥施工时梁段间的临时连接系统等类似结构。由于该类结构是柱与刚性梁或板的组合．因此在刚性梁或板上施加平行于柱肢方向的扭矩时，柱肢结构将表现出完全不同的力学行为——约束扭转。当扭矩足够a)刚性盖梁模型b)刚性板模型c)刚性板+刚性横梁模型大时，图l中的a)和b)模型会发生“麻花”形状的变图1柱肢结构示意图形，如高架立交匝道或者弯桥上的排架桥墩，高耸结构中的核心柱，以及悬索桥临时连接拉杆，因此柱肢结1柱肢结构转角位

6、移公式的推导构采用了平腹杆(横梁)，如排架墩中间的横系梁，建为推导出简单合理的公式作出以下假设：各柱肢筑中的圈梁或楼板等中间联系措施来加强结构的刚为线弹性体；刚性盖梁或刚性板为刚体；外加扭转力度。为了方便此类工程结构的设计计算．笔者提出了理矩作用于刚性横梁或刚性板的形心上。文中刚性梁专想化柱肢结构的计算模型并推导出了相应的转角位移指刚性盖梁或刚性板，平腹杆专指横梁，扭心专指刚134辛荭投木2012No．3(May．)Vo1．30基础与结构工程器Foundation敬StructureEngineering性横梁或刚性板

7、的形心。以带有刚性横梁的柱肢结构式中：巧为第根柱肢顶面形心到刚性梁扭矩作用中心．为参考模型，当结构中有斜腹杆存在或平腹杆有一定的距离刚度时，该公式提供了扭转变形的上界或下界。将式(5)代入式(4)得凡，并分别对刚性梁扭矩作1．1单层柱肢结构的转角位移公式用中心取矩求和，得各柱肢因弯曲产生的总扭转抗力当在刚性梁板上施加平行于柱肢方向的扭矩时．为：各柱肢顶面由于刚性梁板的约束作用将不能自由扭mV_-：。(6)转，而将表现出约束扭转的力学行为：一方面各柱肢会沿曲线发生弯曲，该曲线在柱肢顶面形心位置的切将式(2)和式(6)代人

8、式(1)得：线垂直于柱肢顶面形心与扭矩作用中心之间的连接+。㈩线；另一方面柱肢会在各自与刚性梁板的接触面上产生阻止扭转的剪力，各柱肢顶面剪力同时会对扭心产式(7)即为单层柱肢结构的约束扭转方程，并根据生扭转抗力。等效原则，可以把单层柱肢结构比拟为扭转刚度为K若以刚性梁为分离体，根据平衡条件，外加扭矩的悬臂梁结构，由此可以把式(7)