任意截面及薄壁截面特性计算
基于ANSYS的截面几何特性参数计算方法_王瑶
149
2013 年
第 13 期
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
○高校讲坛○
科技信息
（a ） 截 面 几 何 图 形 ( 单 位 :cm)
（b ） 截 面 矩 形 节 段 图
图4
图3 表2
节段 节段点
截面几何图形 （ 截面厚度 ：20mm ， 肋厚度 ：8mm ， 图中尺寸单位均为 ：mm ） 表4 复杂薄壁截面截面几何特性的
221.158 96100000 X -12.712 Y 76.78 X Y X
224.4
●
【 参考文献 】
［1 ］ 石琴 ， 陈朝阳 . 任意形状 薄 壁 截 面 的 几 何 特 性 参 数 的 计 算 [J]. 机 械 工 程 学 报 ，
Y 74.46
-11.63
2.2
复杂薄壁截面 薄壁构件由于加劲 肋 的 存 在 ， 断 面 形 式 越 来 越 复 杂 ， 从 而 增 加 了 截面特性的计算难度 ， 尤其是抗扭常数的计算 。 本文以复杂薄壁截面 为例 。 截面如图 4 所示 ， 计算结果如表 4 所示 。
AUTOCAD 626740.1122 IYY 8.23e12 Y -569.008 6.06e11 1.08e18 X 6020 Y -687.644 X Y IXX 1.9198e11 X 6020.1225 IYY 8.2308e12 Y -569.0078
节段数据表
Y 坐标 0 -30 -9.5 -9.5 0 -70 -69.5 -69.5 -55 -69 Z 坐标 1 1 2 58.5 59.25 59.25 30 58.5 31 31
278 IXX 100730
冷弯薄壁型钢构件验算
0.535345786 1.86795157 1.366730247 0.39139627
C)计算有效宽厚比be/t
受压板件的最大压应力σ1 计算系数ρ 计算系数α 宽厚比限值：18αρ 宽厚比限值：38αρ
板件的宽度 板件的厚度 板件宽厚比b/t 板件的有效宽度系数ρe(需判断的)
205 1.154366489
15.29663127
9526
5383.458647
2681.64794
227.8125 227.8125
153418731.6 153418732
32.36417996 32.36418
19.06417996 19.06418
三、荷载作用下的强度验算 1）内力荷载
跨中截面：绕强轴弯矩Mx（拉正压负） 轴力（拉正压负） 支座截面剪力V
10.1857578
2.818726173 2.81872617
-0.670394477 -0.6703945
476300
453230.9514
0
有效截面惯性矩比率Iex/Ix
0.951566138
毛截面对Y-Y轴的截面惯性矩Iy 有效截面对ye-ye轴的截面惯性矩Iey
mm^4 mm^4
有效截面惯性矩比率Iey/Iy 有效截面模量Wxe1（上翼缘边缘） 有效截面模量Wxe2（下翼缘边缘） 有效截面模量Wye1(腹板一侧) 有效截面模量Wye2(卷边一侧)
Kn/m
跨度
mm
弹性模量
Mpa
绕强轴的惯性矩
mm^4
跨中挠度
mm
容许挠度
mm
215.7894737 0.273971118
0.3 0.75 1.05 1400 206000 476300 0.535294055 4.666666667
桥梁工程设计指导
二、基本资料1、跨径和宽度计算跨径：L0＝26.0～36.0m；主梁全长：L＝26.96～36.96m；桥面宽度：10.0～13.8m。
2、设计荷载公路—Ⅰ级；公路—Ⅱ级。
3、材料（1）混凝土主梁混凝土强度等级不低于C40；栏杆和桥面铺装混凝土强度等级为C40。
（2）预应力筋纵向预应力束采用7Ф5mm高强度低松弛预应力钢绞线，每束6根。
钢绞线技术标准应符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224-2003），公称直径Фs15.2mm，标准强度fpk=1860MPa，弹性模量Ep＝1.95x105MPa，单股面积Ay＝139mm2。
（3）普通钢筋直径小于12mm的采用R235钢筋，符合国家标准《钢筋混凝土用钢第1部分：热轧光圆钢筋》（GB1499.1-2008）；直径大于等于12mm的采用HRB335钢筋，符合国家标准《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》（GB1499.2-2007）。
（4）锚具锚具应符合《预应力筋用锚具、夹具和连接器》（GB/T 14370-2007）相应种类锚具的各项要求。
锚垫板尺寸为210×210mm，锚板Ф126×48mm。
锚垫板布置最小间距应满足：①锚垫板之间间距a=215m，②锚垫板与梁边缘之间距离b=135mm。
（5）波纹管纵向预应力钢束可采用金属波纹管，波纹管内径为70mm，外径为77mm。
金属波纹管技术标准应符合《预应力混凝土用金属波纹管》（JG225-2007 ）的规定。
4、施工方法装配式预应力混凝土简支梁采用预制施工方法、后张预应力工艺。
预制段翼缘板宽度为1.8m左右。
混凝土强度达到设计强度75％以上开始施加预应力，采用YCW150B型千斤顶两端同时张拉。
张拉完成24小时内采用真空压浆工艺进行波纹管内混凝土的压浆。
三、基本内容1、主梁构造尺寸拟定；2、毛截面几何特性计算；3、截面内力计算；4、钢束面积估算；5、钢束布置；6、主梁截面特性计算；7、预应力损失计算；8、截面强度验算；9、应力验算；10、挠度及锚固区计算；11、桥面板配筋；12、板式橡胶支座设计（待定）；14、绘图及整理计算书。
MIDAS截面特性计算器使用说明
例题的截面大小为125×250，可以点击工具里的(GridSetting)图标，
将GridSize设为10。
由于SPC的GridSetting里以所指定的栅格间距为基准进行相关的画图、视图功能，所以即使不直接使用 栅格捕捉功能，适当地指定其栅格间距会更方便一些。
下面绘制Plane截面： 调出Model>Curve>Create>Line菜单，在生成直线对话框 ( 参见图 9) 里的 Point1 处输入 –3.75,0, 选择 Dx,Dy选项，输入0,75之后点击Apply按钮。
的DeltaX,Y的Dx栏输入0,Dy栏输入12.5之后点击Apply按钮。 用同样的方法选择最新建立的点之后,在<图10-(1)>的点移动复制对话框里的DeltaX,Y的 Dx栏输入62.5,Dy栏输入0后点击Apply按钮就会生成像<图11>一样的轮廓线。
9
MIDASIT()
目录菜单
<图11>进行点的移动复制
<图1212-(1)> 线移动复制对话框
<图1212-(2)>移动复制完的线
通过将<图11>所示的线向左侧复制来完成需要加厚的部分。 调出Model>Curve>Translate菜单,选择<图11>里所示的线作为对象。在<图12-(1)>所示的线移动复 制对话框里选择Mode里的Copy。在DeltaX,Y的Dx栏里输入-10，Dy栏里输入0。然后，选定CopyO ption里的ConnectEndsbyLine选项之后点击Apply按钮。如<图12-(2)>所示，将选定的线通过移动复 制生成新的线，然后将两线的末端用直线连接。
机房承重标准及承重计算方法
机房承重标准及承重计算方法前言：众所周知，机房是电子设备运行的场所，而电子设备体积较大，并且非常厚重，所以机房要有较高的承重能力，满足设备的承重要求，但现在很多建筑并非为机房所建，其承重达不到机房要求，所以在建设机房之前就要考虑到承重问题，下面详解机房的承重标准，以及机房承重计算内容及计算方法。
民用楼房二楼以上承重荷载设计都是250－500kg/m2的负荷，办公用楼在建设时楼板承重在300-500kg每平米，机房由于机柜和设备，以及UPS的重量往往比较大，通常标准己方的楼板承重在800-1000kg每平米。
当设计成机房时，如果要符合机房规范，就要考虑在机柜下做散列承重支架，把承重支架底面接触面积增大一倍的方式来实现分散楼板承重力，当由于机柜、空调、UPS等设备重量较大，超过楼板荷载时，为了保证建筑物本身结构安全和出于一般机房抗震要求时，这时你需要对机柜、空调、UPS电池柜及精密空调制作承重散力架了，散力承重支架能分散楼板承重力满足楼板地面承载力设计值要求。
机房承重散力架加固一般用钢梁，根据设备位置加。
比如槽钢，角钢，支撑在两端承重结构梁（墙）上，具体要看实际需要承重情况了。
比如在机列位置贴地加两根横向贯通的50*50角钢，或者100*50槽钢，这列位置承重可以达5000~7000N。
计算依据：⑴《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）⑵《建筑结构荷载规范》（GBJ9-87），《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）⑶《预应力长向圆孔板图集》(京92G42),《预应力短向原孔板图集》(京92G41)建筑楼面等效均布活荷载计算筑楼面等铲均布活荷载的标准值，应根据工艺提供的电子设备的重量、底面尺寸、安装排列方式以及建筑结构梁板布置等条件，按内力等值的原则计算确定，根据当前有代表性电信设备的重量、排列方式及各种梁板布置计算确定的机房建筑楼面等效均布活荷载值：注：（1）表列荷载适用于按单向板配筋的现浇板及板跨方向与机架排列方向（荷载作用面的长边）相垂直的预制板等楼面结构，按双向板配筋的现浇板亦可参照使用；（2）表列荷载不包括隔墙、吊顶荷载；（3）由于不间断电源设备较重，设计时也可按照该设备的重量、底面尺寸、排列方式等对设备作用处的楼面进行结构处理；（4）设计墙、柱、基础时，楼面活荷载值可采用本表中主梁的荷载值；（5）机房的荷载，没有考虑分散供电时蓄电池进入机房增加的荷重。
同济大学钢结构基本原理课后习题答案完全版
第二章如图2-34所示钢材在单向拉伸状态下的应力－应变曲线，请写出弹性阶段和非弹性阶段的σε-关系式。
图2-34 σε-图（a ）理想弹性－塑性 （b ）理想弹性强化解：（1）弹性阶段：tan E σεαε==⋅非弹性阶段：y f σ=（应力不随应变的增大而变化）（2）弹性阶段：tan E σεαε==⋅非弹性阶段：'()tan '()tan yyy y f f f E f E σεαεα=+-=+-如图2-35所示的钢材在单向拉伸状态下的σε-曲线，试验时分别在A 、B 、C 卸载至零，则在三种情况下，卸载前应变ε、卸载后残余应变c ε及可恢复的弹性应变y ε各是多少？ 2235/y f N mm = 2270/c N mm σ= 0.025F ε= 522.0610/E N mm =⨯2'1000/E N mm =图2-35 理想化的σε-图解：（1）A 点：卸载前应变：52350.001142.0610yf E ε===⨯卸载后残余应变：0c ε= 可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（2）B 点：卸载前应变：0.025F εε== 卸载后残余应变：0.02386y c f E εε=-= 可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（3）C 点：卸载前应变：0.0250.0350.06'c y F f E σεε-=-=+= 卸载后残余应变：0.05869c c E σεε=-= 可恢复弹性应变：0.00131y c εεε=-=试述钢材在单轴反复应力作用下，钢材的σε-曲线、钢材疲劳强度与反复应力大小和作用时间之间的关系。
答：钢材σε-曲线与反复应力大小和作用时间关系：当构件反复力y f σ≤时，即材料处于弹性阶段时，反复应力作用下钢材材性无变化，不存在残余变形，钢材σε-曲线基本无变化；当y f σ>时，即材料处于弹塑性阶段，反复应力会引起残余变形，但若加载－卸载连续进行，钢材σε-曲线也基本无变化；若加载－卸载具有一定时间间隔，会使钢材屈服点、极限强度提高，而塑性韧性降低（时效现象）。
两类桥梁构件截面的几何特性计算
尺寸渐变截面在桥塔、拱肋、主梁等构件中应 用较多, 计算截面几何特性的工作量大, 如何批量 计算是该问题的关键。F lexPD E 软件是一求解偏 微分方程的数学软件, 能求解截面的几何特性。它
收稿日期: 2005203211
将截面视为由若干个环道线围成的面域, 每个环 道线 围 成 一 圈, 基 本 元 素 是 直 线 ( line) 和 圆 弧
两类桥梁构件截面的几何特性计算
胡晓伦1 王慧萍2 陈立山3
(同济大学1 上海 200092) (东南大学2 南京 210096) (唐山远大交通工程有限公司3 唐山 063600)
摘 要 从几何特征来看, 尺寸渐变截面和复杂薄壁截面是桥梁构件的两大特点。 提出了尺
寸渐变截面几何特性可用F lexPD E 软件计算, 介绍了该种截面借助Excel 可成批生成截面数据, 导 入软件F lexPD E 中进行计算的过程。提出了复杂薄壁杆件截面可利用AN SYS 的用户自定义功能 进行几何特性计算, 介绍了开闭口、分离式和复合材料薄壁截面的几何特性计算实例。
文件, 导入 F lexPD E 中直接求解。 苏通长江公路大桥辅桥是一座主跨 258 m 的 连续刚构桥, 主梁划分为 31 个号块, 如图 2 所示。 采用单箱室预应力混凝土截面, 梁高和腹板厚度 沿纵向逐渐变化。计算时, 在Excel 表格中准备数 据, 如图 1 所示, 一行数据代表一个截面, 包含若 干圈截面轮廓线。 因为截面的特征尺寸可表达为 跨度的函数, 因此, 采用函数方式可生成大量数 据, 再导入 F lexPD E 中计算, 可快速求得所有梁 段的截面特性。 图 3 表示其中两个截面的计算结 果。
Im po rt→Sa t 方式导入AN SYS 中。这种转换方式 较方便, 模型不会失真变形, 但不能转换线条。 对
薄壁杆件的弯曲与扭转(第二章)
M M
x
M x M y I xy I y 1 I x2y 1 I x2y
I I
x y x y
y
M y M x I xy I x
I I
其次，考察微段截面上的剪应力， 由∑Ｚ＝０
zt t 0 z s
由于t=t（s）与z无关，
剪 切 中 心
本节仅讨论纯弯情况。非纯弯可以通过力的平 移原理把它分为合力通过剪心的弯曲问题和由于力 的平移产生附加扭矩引起扭转问题的叠加。
2、 任意截面形状弯曲剪力流计算
横向荷载的合力通过剪切中心使杆件只发生弯曲
首先建立该微段的平衡方程，求截面上的剪 力与弯矩的关系。 由∑Ｍx＝０、 ∑Ｍy＝０，得
1 tan tan
比较式（２.10）和（2.8），可得
ψ＝α±π／２，合位移 方向与中和轴相垂直。
2.2 薄壁开口截面杆件弯曲剪应力
1、剪切中心定义 2、任意截面形状弯曲剪力流计算 3、直线板段组成的任意开口截面弯曲剪力流 计算 4、剪力流分布规律
1、 剪切中心定义
剪切中心： 当杆件上荷载的合力通过杆件截面上的 某一特定点，杆件只发生弯曲不产生扭转。 也称弯曲中 心 ，扭转中心，简称剪心。
x xi si cosi y yi si sin i
2 s i x t d s x s c o s t d s x s o s t i i i i i i i i i c i i 0 0 2 2 s s i i y td s i n t ys i s i i i i i 0 2 s i s i
当x、y轴为截面主轴时，Ｉxy＝０
s ytds s ydA S x 0 0 s s xtds xdA S y 0 0
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能够简单快捷的计算任意形状截面以及薄壁截面的截面特性，
括扭转惯性矩，剪切中心，翘曲常数等。
①、在XOY平面内绘制出需要计算的截面形状，如下图所示:
②、点击菜单：模板？？工程？？截面助手？？平面截面。
1 1■ ■ ■ ■ ■ ■
③、选择绘制好的平面，右键确定弹出任意截面特性计算对话框，如下图所示: Array
截面名称：设置截面名称
调整截面高宽：选定的平面可被比例缩放，在此设置缩放后平面的高度或宽度剖分尺寸等
级：设置平面剖分尺寸等级，等级越高平均单元尺寸越小，网格越密开始计算：开始进行
截面特性计算，平面缩放也在计算完成后生效导入截面库：将计算好的截面导入到截面库
中
④、按下图所示输入截面计算的各种参数，设置好后点击开愉 +茸按钮。
截面名称；示例竜面
调整截面高宽荷）
高度：37 宽度：12
剖分尺寸等级：等簸已
-
⑤、计算完成后自动显示截面特性列表（如下图），检查无误后点击［导人曲匝按钮将该截面导入到截面库中，完成平面截面定义。
视團
崑爭*■计茸菌曲视圏
畀耳计冨*敲面
薄壁截面
:
①、在XOY平面内绘制出需要计算的薄壁截面线集，如下图所示:
②、点击［色菜单：模板？？工程？？截面助手？？薄壁截面。
③、选择绘制好的线集，右键确定弹出薄壁截面特性计算对话框，如下图所示:
截面名称：设置截面名称
统一值：统一设置所有线的宽度
tn:设置第n条线的宽度
调整截面咼宽：选定的线集可被比例缩放，在此设置缩放后线集的高度或宽度
曲线尺寸等级：设置曲线剖分尺寸等级，等级越高曲线被剖分的越密
开始计算：开始进行截面特性计算，线集缩放也在计算完成后生效导入截面库：将计
算好的截面导入到截面库中
按钮。
④、按下图所示设置线宽和截面计算的各种参数, 设置好后点击开怡计尊
吧聲舲逓齣呂袄薄葩面
蛭宽㈤
统一值：0-2[t3 * | g
澗整醱面rt宽（鬥
0.430
鬲度宀311
3. LQ0
1 II______ 1 (
務尺寸等纫等躺▼
刑自计算
⑤、计算完成后自动显示截面特性列表（如下图），检查无误后点击［导入禎面库按钮将该截面导入到截面库中，完成该薄壁截面的定义。
F操作提示
1 .平面截面定义的只支持选择单个平面，绘制截面平面时务必绘制成一个面。
2 •计算平面截面特性时如果剖分尺寸等级设置过高，计算耗时会较长，请耐心等待。
3•设置薄壁截面线宽时，可以通过鼠标点选“真实”视图中的线进行特定直线宽度设置，也可以通过右边的亘三选择设置线宽。
4•加入截面库的薄壁截面和平面截面，可以通过点击截面库对话框的编辑按钮,
打开相应对话框进行编辑。