叠合梁模拟方法探讨双单元施工联合截面样本.docx

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叠合梁模拟方法探讨双单元施工联合截面样本

组合梁模仿办法探讨

1问题描述：

组合梁是一种较复杂构造，截面普通由两种不同材料结合或不同工序结合而成，亦称为联合梁。

当前，桥梁领域使用比较广泛是钢—混凝土组合梁，其模仿办法基本有两种：

①采用施工联合截面，②采用双单元。

对于相似构造，分别采用上述两种办法，其成果与否一致？

如果不相似，是什么因素导致？

2问题分析

2.1模型基本状况简介

主梁为钢—混凝土组合构造，截面由工字型钢梁和混凝土桥面板结合而成，联合截面尺寸数据详见图2-1。

钢材和混凝土材料分别为Q235和C60。

构造为15m+5m+12m三跨持续梁，双单元模型和联合截面模型详见图2-2和图2-3。

图2-1联合截面

图2-2双单元模型

图2-3联合截面模型

2.2模型细节模仿阐明

2.2.1联合截面模型

截面采用中上对齐，并且考虑剪切变形。

施工阶段为架设钢梁和铺设混凝土板，架设钢梁时考虑自重及混凝土板湿重。

单个单元消隐图详见图2-4。

图2-4单元消隐图（中上对齐）

2.2.2双单元模型

工字钢和矩形混凝土板均采用中上对齐，并且考虑剪切变形，单元通过弹性连接刚性连接。

施工阶段同联合截面模型，边界约束在混凝土板节点上，单个单元消隐图详见图2-5。

图2-5单元消隐图（中上对齐）

2.3成果对比

2.3.1架设钢梁（CS1）

联合截面模型成果：

图2-6弯矩图（N.mm）

图2-7位移图（mm）

图2-8组合1应力图（MPa）

双单元模型计算成果：

图2-9弯矩图（N.mm）

图2-10位移图（mm）

图2-11组合1应力图（MPa）

表格成果对比（单位：

N，mm）

模型CS1

弯矩My（max/min）

位移（max/min）

组合1应力（max/min）

联合截面

47654543.3/-51924832.8

11.4/-107.2

258.9/-237.7

双单元

47689200/-51943700

11.4/-107.2

259.0/-237.6

2.3.2铺设混凝土板（CS2）

联合截面Part2计算成果：

图2-12弯矩图（N.mm）

图2-13位移图（mm）

图2-14组合1应力图（MPa）

双单元模型混凝土板计算成果：

图2-15弯矩图（N.mm）

图2-16位移图（mm）

图2-17组合1应力图（MPa）

表格对比成果（单位：

N，mm）

模型CS2

弯矩My（max/min）

位移（max/min）

组合1应力（max/min）

联合截面

42487.3/-39206.3

7.8/-72.5

8.6/-9.4

双单元

224855/-142109

7.9/-73.1

8.8/-12.7

2.3.3成果分析及问题

通过上述对比，有如下现象：

1联合截面和双单元模型在CS1阶段，成果基本一致。

2联合截面和双单元模型在CS2阶段，混凝土板成果除位移成果外，内力及应力不一致。

3联合截面Part2弯矩图是持续图形，双单元模型混凝土板弯矩图是锯齿状。

4两个模型CS2阶段位移臂CS1阶段位移小。

结合开篇所提到问题，咱们可以看到，两种模仿办法成果不一致，正常状况下，联合截面模型计算成果是对的。

因而，还引申出下面两个进一步探讨问题：

Q1：

双单元模型如何修正？

Q2：

双单元模型弯矩图为什么是锯齿状？

Q3：

位移变小与否正常？

2.4问题解决方案

2.4.1问题1

采用双单元模仿组合梁时，不考虑截面剪切变形影响，其计算成果和联合截面模型基本一致，最大应力8.62MPa，最小应力-9.34MPa，应力成果详见图2-18。

图2-18组合1应力图（MPa）

进一步分析懂得，剪切变形对两种模型计算成果差别起核心作用。

当采用双单元模仿时，由于弹性连接刚性连接混凝土板和钢工字型梁，形成框架构造，如图2-19。

因而，混凝土板计算跨径相对于自身尺寸，容易形成深受弯构件，导致剪切变形作用被放大，采用联合截面时，对于Part2而言不存在这个问题。

图2-19框架构造

2.4.2问题2

不考虑剪切变形时，双单元模型弯矩图基本是持续。

相比联合截面模型，由于弹性连接刚性存在，会分担某些弯矩，因而并不是完全持续。

以其中350to353单元为例示意，详见图2-20。

图2-20框架构造弯矩图

图2-21弹性连接内力（77）

细心观测会发现，弹性连接弯矩在上下单元相交处，不满足弯矩平衡原理。

例如，在节点353处，弯矩分别为-36.9（逆时针）、-37.3（顺时针）、10.07（顺时针）。

事实上这样理解是不对，构造分析是以质心连线为模型，混凝土板是中上偏心，因而有附加弯矩是没考虑，附加弯矩大小为单元轴力（或弹性连接剪力Fz）和偏心乘积，详细计算过程，人们自己完毕。

2.4.3问题3

位移变小是不正常。

由于组合梁变形计算采用单梁计算原理，即单一材料弹性变形，因而组合梁查位移时，只有共计总位移。

但组合梁截面刚度是分阶段形成，对于湿重模仿阶段，变形发生是不可逆。

为避免位移变小状况发生，一定要强调在截面刚度完全形成前，不让构造发生位移，普通通过暂时支撑实现。