基于薄壁理論的工程結(jié)構(gòu)復(fù)合彎扭相關(guān)性研究.pdf

1、薄壁結(jié)構(gòu)構(gòu)件由于其受力性能良好、質(zhì)量輕、節(jié)約材料而在水利、交通和土木工程上得到廣泛的應(yīng)用。實(shí)際薄壁結(jié)構(gòu)構(gòu)件往往處于彎剪、彎扭、彎剪扭等復(fù)合受力狀態(tài)，在動(dòng)力荷載或地震荷載作用下，薄壁結(jié)構(gòu)的破壞大都是彎、剪、扭的不同組合引起的。在我國(guó)，構(gòu)件的抗扭研究是一個(gè)開(kāi)展較晚的課題，目前對(duì)薄壁構(gòu)件在復(fù)合彎扭作用下性能的掌握程度尚不很成熟，還有需要開(kāi)展更深入的研究，因此，本文選取在交通工程和水利工程中典型的薄壁結(jié)構(gòu)——組合橋梁和大型渡槽在彎扭復(fù)合受力狀態(tài)

2、下的相關(guān)性進(jìn)行研究。主要做了以下幾個(gè)方面的工作： (1)本文總結(jié)了鋼筋混凝土受扭理論、薄壁構(gòu)件復(fù)合彎扭的研究進(jìn)展，并對(duì)相關(guān)國(guó)家規(guī)范進(jìn)行綜述，介紹了薄壁構(gòu)件數(shù)值計(jì)算中常用的計(jì)算方法，提出了薄壁構(gòu)件復(fù)合受力研究中有待解決的問(wèn)題和選題的工程背景及實(shí)際意義。 (2)基于大型通用有限元軟件-ANSYS，應(yīng)用其二次開(kāi)發(fā)工具-APDL參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫(xiě)了相應(yīng)的分析命令流，對(duì)開(kāi)/閉口薄壁組合梁在彎矩作用下考慮界面滑移的受力性能進(jìn)行非線

3、性全過(guò)程分析，并借助Tecplot后處理軟件，將求解的結(jié)果采用Teeplot的OpenGL渲染技術(shù)直觀、形象顯示出來(lái)，計(jì)算結(jié)果表明：在條件許可的情況下，采用閉口截面組合梁將大大提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力。 (3)基于薄壁理論，采用廣義坐標(biāo)法，推導(dǎo)了考慮截面外形輪廓線變形的薄壁箱梁約束扭轉(zhuǎn)微分方程，借助Fortran算法語(yǔ)言，編制了COLSYS常微分方程求解主程序并進(jìn)行分析，并將結(jié)果導(dǎo)入Tecplot后處理軟件，實(shí)現(xiàn)了結(jié)果的二維、三維

4、彩色出圖。同時(shí)基于ANSYS軟件，選用考慮翹曲梁?jiǎn)卧瑢?duì)薄壁箱梁在扭轉(zhuǎn)荷載作用下進(jìn)行計(jì)算分析；并與文獻(xiàn)采用初參數(shù)法進(jìn)行比較，算例計(jì)算結(jié)果表明COLSYS程序具有使用方便、精度高的特點(diǎn)。 (4)通過(guò)給定廣義坐標(biāo)，推導(dǎo)了閉口截面薄壁組合梁約束扭轉(zhuǎn)有關(guān)求解計(jì)算的微分方程組，結(jié)合有限元線法(FEMOL)的常微分方程(ODEs)求解器COLSYS軟件包，編制相應(yīng)的計(jì)算主程序，對(duì)其復(fù)合受力進(jìn)行計(jì)算，并與試驗(yàn)和其它有關(guān)理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較分

5、析，得到了閉口截面薄壁組合梁彎扭復(fù)合受力的相關(guān)性曲線及其方程。 (5)針對(duì)大型渡槽作為薄壁結(jié)構(gòu)的實(shí)際，選取南水北調(diào)工程某大型渡槽作為研究對(duì)象，對(duì)箱型/U型斷面兩類(lèi)薄壁渡槽槽身在彎扭復(fù)合受力下的性能進(jìn)行分析，通過(guò)數(shù)學(xué)分析軟件origin7.0擬合得到渡槽彎扭相關(guān)性曲線，并對(duì)兩種槽身斷面的復(fù)合受力彎扭相關(guān)性進(jìn)行比較分析，得到了大型渡槽的相關(guān)性方程。 (6)對(duì)同屬于薄壁結(jié)構(gòu)的閉口截面組合梁與渡槽在彎扭復(fù)合受力相關(guān)性進(jìn)行比較分析

6、表明：在彎扭復(fù)合受力下，扭彎比T/M是影響其彎扭破壞形態(tài)的重要因素。當(dāng)扭彎比較小時(shí)，彎矩起主要作用，構(gòu)件一般呈現(xiàn)彎型破壞；當(dāng)扭彎比較大時(shí)，構(gòu)件受力以扭矩為主，一般為扭型破壞。但由于兩種結(jié)構(gòu)組成不同，閉口截面組合梁的彎矩提高極限扭矩和扭矩提高極限彎矩的效應(yīng)要比渡槽的明顯。 通過(guò)對(duì)組合箱梁和大型渡槽彎扭相關(guān)性的研究，得到了其相關(guān)性方程，對(duì)有關(guān)異同進(jìn)行了分析比較，研究成果對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)構(gòu)件工程設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值，為規(guī)范的制定提供了借鑒