收稿日期：2006-06-22? 　　作者簡介：鄭敏（1981-），女，浙江金華人，武漢科技大學(xué)中南分校城建學(xué)院教師。? 　�。ㄎ錆h科技大學(xué)中南分校 城市建設(shè)學(xué)院，湖北 武漢 430223）?
　　摘要：本文運(yùn)用大型有限元分析軟ANSYS，通過對桁架梁在不同組合下的承載力進(jìn)行研究，得到各種不同因素對承載力的影響程度，并對其結(jié)果進(jìn)行了定性分析。?
　　關(guān)鍵詞：桁架梁；組合桁架梁；有限元?
　　中圖分類號：TU756.4+3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A??
　　
　　一、引 言?
　　
　　組合結(jié)構(gòu)在19世紀(jì)已開始應(yīng)用，它綜合了鋼與混凝土兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，將混凝土用于受壓區(qū)，能更好地發(fā)揮鋼和混凝土各自的材質(zhì)優(yōu)點(diǎn)，又避免了各自的薄弱點(diǎn)，充分發(fā)揮了材料的潛力，其研究和應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展。?
　　組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件形式多樣，包括鋼骨混凝土、外包鋼結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土、組合梁及組合樓板等，目前在我國應(yīng)用范圍最廣，使用經(jīng)驗(yàn)成熟的是組合梁、組合樓板和鋼管混凝土。?
　　而在組合結(jié)構(gòu)和輕鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的鋼一混凝土組合桁架結(jié)構(gòu)，作為組合結(jié)構(gòu)的一個新的分支，目前在國內(nèi)應(yīng)用較少。本文討論的正是這種結(jié)構(gòu)（如圖1所示）。?
　　
　　本文將就一種桁架梁在不同樓板厚度，樓板寬度組合下的承載力進(jìn)行有限元研究，并對結(jié)果進(jìn)行了定性的分析。?
　　
　　二、模型的提取?
　　
　�。ㄒ唬╄旒芰旱膸缀纬叽�?
　　本文用于組合的這種桁架梁的尺寸如圖2，材料為Q235。?
　　
　�。ǘ�）材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線?
　　混凝土采用《規(guī)范》規(guī)定的二次曲線+水平直線的形式：??
　　0≤ε≤ε0　　σ=fc[2ε/ε0-（ε/ε0）2]?
　　ε0≤ε≤εcu　　σ=fc???
　　式中，σ為混凝土的應(yīng)變；ε0為相應(yīng)于棱柱體抗壓強(qiáng)度時的混凝土壓應(yīng)變，取0.002；εcu為混凝土的極限壓應(yīng)變，取0.0033。混凝土的單軸應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3所示?。?
　　鋼筋采用完全彈塑性模型，應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖4?
　　
　�。ㄈ�）單元的選取?
　　上、下弦鋼管、連接件均采用空間梁單元BEAM189來模擬，樓板用殼單元SHELL91單元模擬。?
　　
　�。ㄋ模┻B接的處理?
　　連接處考慮桁架平面內(nèi)鉸接，桁架平面外剛接。具體的作法是把連接處的連接件上的節(jié)點(diǎn)耦合到上下弦桿的節(jié)點(diǎn)上，耦合三個平動，兩個轉(zhuǎn)動，使其只能在桁架平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。?
　　
　　圖2　用于組合的桁架梁的幾何信息?
　　
　　圖3　混凝土的單軸―曲線
　　
　　圖4　鋼材的單軸―曲線?
　　
　�。ㄎ澹┚W(wǎng)格劃分?
　　對組合桁架梁網(wǎng)格劃分時，在桁架梁的基礎(chǔ)上對板進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對板先人工定義各邊的分段數(shù)，再用Mapped的方式以四邊形的方式進(jìn)行劃分，網(wǎng)格劃分后如圖5所示。?
　　
　　圖5　組合桁架梁的網(wǎng)格劃分 ?
　　
　　三、計算結(jié)果?
　　
　　（一）計算的結(jié)果圖?
　　
　　圖6　組合桁架梁變形正面圖
　　
　　圖7　組合桁架梁變形側(cè)面圖 ? ?
　　
　　圖8　組合桁架梁破壞圖?
　　
　　組合桁架梁的破壞始于于支座附近的受壓連接件的失穩(wěn)，如圖8，進(jìn)而組合桁架梁撓度突增，構(gòu)件破壞。
　　
　�。ǘ�）承載力結(jié)果?
　　表1 機(jī)算的極限荷載（kN/m）
　　
　　
　　表1為不同板厚，不同板寬下組合桁架梁的極限線荷載表，表中b為板寬，h為板厚，單位均為mm。?
　　表中未計及自重的影響。?
　　圖9，圖10分別是根據(jù)表1作的不同板厚下，極限荷載隨板寬的變化曲線及不同板寬下極限荷載隨板厚的變化曲線。?
　　
　　?
　　四、結(jié)果分析?
　　
　　（一）極限承載力隨著板寬的增大而增大，開始時幾乎為線性增大，在達(dá)到一定板寬后增大的幅度逐漸減小。?
　　在板寬較小的情況下，板沿垂直梁跨方向的剛度大，板與桁架梁變形協(xié)調(diào)，共同抵抗外力，隨著板寬的增大，組合桁架梁承載力相應(yīng)增大。?
　　在板寬到達(dá)一定值后，板沿垂直梁跨方向的剛度下降，板寬的增大不能有效的利用起來，隨著板寬的增大承載力的增大越來越慢，直至最后承載力趨于一定值。?
　　（二）承載力隨板寬增大開始減小的板寬在不同的板厚下是不同的，表現(xiàn)為板厚越大，變化幅度開始明顯減小的板寬也越大。?
　　這是因?yàn)榘搴竦脑龃竽苎泳徲捎诎鍖挼脑龃笫拱逖卮怪绷嚎绶较虻膭偠葴p小的效應(yīng)。?
　�。ㄈ�）承載力隨板寬增大的幅度在開始時在不同板厚下是不同的，表現(xiàn)為板厚越大，幅度越大。?
　　板厚的加大能加大板在整個截面中的分量，板越厚，承載力隨板寬增大的幅度當(dāng)然也越大。?
　　（四）承載力隨板厚增大而增大，且增大的幅度也越來越大，不過增大的幅度的變化幅度越來越小。?
　　板厚的增大一方面使中和軸上移，增大拉壓合力的間距，另一方面，可以提供更多的受壓截面。?
　　在板厚變大時，板厚的增加所能提供的強(qiáng)度利用率變得越來越小，所以承載力隨板厚增大而增大的幅度的增大幅度越來越小。?
　�。ㄎ澹┏休d力隨板厚增大最為明顯，在板厚較大的情況下，承載力隨板寬的增大而增大也較明顯。?
　　
　　參考文獻(xiàn)?
　　[1]鋼―混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程.（DL/T5085-1999）.?
　　[2]朱聘儒主編.鋼-組合梁設(shè)計原理[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1989.?
　　[3]張培信.組合梁部分連接設(shè)計[J].工業(yè)建筑，1987,（6）.?
　　[4]李勇、陳宜言等.鋼-混凝土組合橋梁設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2002.?
　　[5]朱伯芳.有限單元原理與應(yīng)用[M].北京：水利水電出版社，1979.?
　　[6]任輝啟.ANSYS7?0工程分析實(shí)例詳解[M].北京：人民郵電出版社，2003.?

相關(guān)熱詞搜索：桁架 承載力 組合 組合桁架梁承載力的有限元分析 sw桁架有限元分析 sw有限元分析視頻教程