基于ANSYS的蜂窝梁受力性能分析.pdf

第26卷第2期 重庆建筑大学学报 V01．26 No．2 11些童!旦 !些!型堕!!!堡i些』!!些!!!!!堡墅 墅!；!!堕 基于ANSYS的蜂窝梁受力性能分析+ 王立福， 杨佑发， 石 诚 (重庆大学土术工程学院，重庆400045) 摘要：蜂窝粱作为一种经济合理的构件形式在I程中得到了广泛的研究和应用，但是关于孔洞 对蜂窝梁弹塑性性能影响的研究还不够深入。利用非线性有限元分析方法对六边形孔蜂窝梁 进行了弹塑性分析，研究了孔洞对蜂窝梁的应力分布、塑性区分布及挠曲变形的影响，并与实 腹梁的受力性能进行了分析比较，对3-程设计提出了建议。 关键词：蜂窝梁；非线性；有限元；ANSYS 中圈分类号：TU313．3 文献标识码：A 文章编号：1006—7329{2004}02—0072—04 Load Characteristics Analysis of Castellated Beam Based on ANSYS WANG Li—fu，YANGYou—fa，StH Cheng (College of Civil Engineering，Chongqlng University，Chongqing 400045，P．R．China) Abstract：In order to analyze the infiuelace of holes on castellated beam behavior，one typical castellated beam with hexagon holes are studied through nonlinear finite—element analysis．Str-一s and plastic distribution，flexural deflec— tion are investigated and compared with those of beam without holes and proposition to design practice am put for- ward． Keywords：castellated beam；nonlinear finite—element analysis；ANSYS 蜂窝梁是将宽翼缘工字钢(或H型钢)或普通工字钢按一定的折线或圆弧线切割后错位焊接而成 的空腹梁。蜂窝粱的截面高度H与原工字钢的截面高度h之比称作扩张比；在蜂窝粱的空腹部分由上 翼缘或下翼缘与部分腹板所组成的T形截面的等截面部分称为“桥”；蜂窝梁的实腹部分称为“墩”；桥与 墩相接处称为“桥趾”。由于扩张后的截面高度较原工字钢有较大的增加，从而提高了梁的刚度和承载 能力，既节省了钢材，又减轻了梁体本身的自重。同时，蜂窝梁制作简单，腹板的空洞既美观又便于穿设 管线，因此蜂窝梁在工程中具有很大的实用价值，正得到越来越广泛的应用。 本文利用非线性有限元分析方法对六边形孔蜂窝梁进行了弹塑性分析，研究了孔洞对蜂窝梁受力 性能的影响，分析了其应力分布、塑性区分布及挠曲变形，与实腹梁的受力性能进行了分析比较，并对工 程设计提出了建议。 1有限元分析模型 蜂窝梁计算模型的扩张比取为1．5，跨度l=6 912inm，由132a工字钢切割焊接而成，相应的几何尺 寸、测点布置及孔洞编号如图1和图2所示。 利用通用有限元分析软件ANSYS建立有限元分析模型，采用三维4节点壳单元进行网格划分，孔 洞周围用较小的单元细化(如图3)。为突出孔洞构造对蜂窝梁受力性能的影响，建模时忽略了焊缝和 焊接残余应力的影响。材料为Q235钢，分析时简化为理想弹塑性模型，采用Von Mises屈服准则及其相 _收稿13期：2003—12—05 基金项目：重庆市科委资助项目(7771) 作者简介：王立福(1978一)，男，[tj东潍坊^，硕士生，主要从事结构性能分析研究。 万方数据 箜!塑 兰皇塑!釜!叁王坐避盟鳖童墨堡查：些韭坌堑 !≥一 目l峰窝粱构造』己寸(r帅) 关的流动法则。材料弹性模量为2．06×105 N／mm2，泊松比为0．3，屈服强度为235 N／rnm2。在梁的上翼 缘由0到0．5 N／mmz逐步施加均布面荷载，当梁的某一截面形成“塑性铰”后，程序在求解有限元方程 [K]{8}={P}时就会出错，也就预示着梁的破坏。 2．1应力分布 沿以下几条路径分析了蜂窝梁在荷载作用下的应力分布情况：(1)桥墩截面1一l；(2)梁桥截面2— 2；(3)桥趾截面3—3，4—4；(4)墩腰截面5—5。 图4为1一l截面的正应力分布，从图中可以看出：由于受孔洞的影响，蜂窝梁实腹段沿梁高方向的 正应力分布呈非线性分布，与实腹梁截面的应力分布具有很大的差别，不符合材料力学的平截面假定。 笔者另外还计算了其它几根相同跨度、不同扩张