多折线弹性连接功能的工程应用

多折线弹性连接功能在工程上的应用

Revision No. : v1.0

Revision Date : 2010.01.13

Program Version : Civil2009 V.2.0.0 R1

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01.概要

弹性连接是由连接两个节点的单元，程序提供的弹性连接的类型如下。

弹性连接类型

功能说明

一般

线弹性弹簧，可输入六个方向的弹簧刚度

刚性刚性弹簧，其刚度为刚度矩阵中最大的单元刚度的105 倍。

只受压只有轴向刚度的弹簧，只能承受压力，属于非线性单元，需要通过迭代计算达到位移收敛。

只受拉只有轴向刚度的弹簧，只能承受拉力，属于非线性单元，需要通过迭代计算达到位移收敛。

多折线具有多个线性刚度值，属于非线性单元，需要通过迭代计算达到位移收敛。

本资料将重点介绍Civil 2010

V7.8.0版本中新增的多折线类型的弹性连接的功能，并介绍该功能在实际工程上的应用方法。

02.功能说明

如前所述，多折线类型的弹性连接属于非线性单元，需要通过迭代计算满足位移收敛条件。因此可以用于模拟具有非线性特性的材料或连接。其刚度由弹簧内力和位移的关系决定。正向内力和负向内力的对应的刚度可以是对称也可以是非对称，非对称类型可以用于模拟在受拉和受压时具有不同特性的材料。程序默认弹簧受压时的位移为正“+”。

1)对称多折线类型

Spring Force

Displacement

|多折线弹性连接对话框||对称类型的多折线数据|

没有定义的范围之外的刚度使用最终刚度

02.功能说明

2)

非对称多折线类型

|多折线弹性连接对话况|Spring Force

Displacement

|非对称多折线类型数据|

3)多折线弹性连接的方向

多折线弹簧的刚度方向遵循单元坐标系方向。例如模拟车轨与桥梁之间的纵桥向连接特性时需要按下图所示定义弹性连接的

Dz方向特性。程序默认弹性连接的两个节点连线方向为Dx方向。

|多折线弹性连接的局部坐标轴方向|

|多折线弹性连接对话框|

铁路、地铁、轻轨上的钢轨下面一般通过木枕、水泥枕、水泥道床等将力传递给道碴，再由道碴把列车的重量分散给道碴下面的桥梁面板。钢轨产生轴力的原因如下：

①温度引起的轴力: 钢轨的温度收缩受轨枕、道碴的约束。

②启动和制动荷载引起的轴力

③竖向荷载引起桥梁弯曲变形，造成钢轨产生轴力

下面是用双折线类型弹性连接模拟道渣的示意图。

|用双折线类型弹簧连接钢轨和桥梁面板的示意图|

|模型简图|

|温度荷载引起的轴向应力|

|刹车荷载引起的轴向应力|

|梁单元应力图对话框|

查看钢轨的轴向应力。

轴向应力

项目分析附加应力

容许附加应力

验算结果

40kN/m 32Mpa 92Mpa OK 60kN/m

56Mpa

92Mpa

OK

|竖向荷载引起的轴向应力|

|组合作用下的应力验算|

|组合作用(温度作用+刹车荷载+竖向荷载)引起的轴向应力|

※ 钢轨轴力验算基准(高速铁路标准、长轨轴力基准、UIC Code)的容许应力为92 MPa.