贝雷梁失稳及ANSYS分析

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贝雷梁失稳及ANSYS分析

杨昌民,丁继辉

(河北大学建筑工程学院)

摘要:以一工程实例为例,对贝雷梁的工程使用过程中发生的局部失稳进行了ANSYS 分析ANSYS计算的结果与工程实例结果进行比较,两者的结果相接近。并指出发生失稳的原因,以及一些建议和解决方法。为日后类似贝雷梁施工提供了一定的经验。

关键词:贝雷梁;失稳;ANSYS分析

一、工程概况

旧城胜利大桥是保定与天津之间的重要通道,汽车交通量大,常常通行200—300KN载货重车,由于长期运营,发生主梁变位,支座错位,梁体统一向外侧滑移,因此要对桥进行纠偏,纠偏过程中先要顶升桥板再进行侧推,使桥板复位再对其进行加固。

顶升桥板过程中,千金顶用贝雷梁支撑,其结构见图:

整体情况图(a)局部失稳图(b)

二、贝雷梁的布置

贝雷梁的现场布置情况:采用1.5×3.0m的贝雷片,其侧弦杆与下弦杆由2[10组成,内侧的斜杆由Ι8组成;组拼后,将净跨部分的上下弦杆加强成4[10,另外三角支撑均由2[10组成。每2片贝雷片组成一个贝雷梁,且其之间的距离为50cm。每个千斤顶下采用双层三排组装方式,共用6对贝雷片组成。每两个贝雷梁之间的距离为50cm,贝雷梁的基座采用的是20cm厚的混凝土。为了使千斤顶的荷载能够较均匀的传递到贝雷梁上,在贝雷梁的顶部采用横竖放置了两层旧钢轨,如图(a)。

千斤顶采用的是直径40mm承载为350吨的千斤顶。千斤顶放置在贝雷梁的中心位置。在顶升过程中当荷载加到300吨左右时,其中间的两片贝雷片发生了局部失稳现象,如图(b)。

下面用ANSYS分析贝雷梁的内力分布情况、失稳的原因以及建议解决方法。

三、建模分析

首先对要建的模型进行简化:贝雷片的两个长边方向简化为一根工字梁,把

上下贝雷梁相接触的两根梁简化为一根大的工字梁。在顶部,下面放的一排梁分别把两根梁简化为一根工字梁;而上面一排梁因只有四根梁受力,因此把四根梁简化为两根工字梁。把千斤顶的力分成两个集中力,分别作用在最上部简化后的两根工字梁的中部。

由于整体钢架只受竖向荷载作用,因此把钢架与地面接触当作固结来处理。有因为是分析贝雷梁的失稳情况,因此可把上部摆放的两排梁与贝雷梁的接触也可以看成固结(这样简化与实际不符,但不会影响ANSYS 失稳的分析,但是可能会影响最终的破坏形势或破坏结果)。具体简化情况如图:

图1 正面图 图2 侧面图

图3 顶面图 图4 整体图 利用ANSYS 有限元程序分析时,考虑到贝雷梁为空间钢架形式,经分析比较采用BEAM188梁单元最合适。钢材的弹性模量:11210 ,泊松比:0.3,密度:37800kg m 。

由ANSYS 建模计算后,进行结构的线性屈曲分析,可以得到以下分析结果,如图所示:

图5 屈曲分析后的正面图图6 屈曲分析后的侧面图

图7 屈曲分析后的顶面图图8 屈曲分析后的局部图

图9 屈曲分析后的整体图

由上面五幅屈曲分析后的图片可以看出,在中间两排贝雷梁的上部、中间的位置,也就是中间两根工字梁的上部发生了明显的失稳现象。而这个失稳现象对于整个结构来说,只属于局部发生的失稳现象。这也与实际工程情况发生的局部失稳现象相吻合或相似。

四、结论与建议

立足于大型有限元通用程序ANSYS的工作平台,对贝雷梁在荷载作用下的变形和内力分布进行系统的计算分析,可以得到失稳主要原因:

(1)钢轨的布置没能够很好的平均千斤顶的荷载。没有充分考虑到钢轨的变形影响,从而钢轨的变形直接导致荷载不能够均匀向下传递。

(2)贝雷梁的布置不合理。钢轨的变形,使中间的贝雷梁承担的荷载比两边的贝雷梁大得多,从而导致失稳的发生。

建议解决的方法:

(1)增大千斤顶底座下钢轨等分散力结构的刚度,使力能够比较均匀的向下传递。

(2)调整贝雷片的布置间距。把贝雷片布置的紧密些,或是在千斤顶下部再加上几片贝雷片。

参考文献

[1] 陈绍蕃著.钢结构稳定设计指南.北京:中国建筑工业出版社,2004,1

[2] 丁美.结构稳定性分析中ansys的应用.低温建筑技术,2003/06,42~43

[3] 博嘉科技编著.有限元分析软件——ANSYS融会与贯通.北京:中国水利水电出版社,

2002

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