銷孔間隙對(duì)六四梁撓度的影響分析
2017-08-21
六四式鐵路軍用梁為銷接連接，銷孔直徑大于銷釘直徑，因而形成一定的銷孔間隙，使得結(jié)構(gòu)在受力時(shí)首先在連接處發(fā)生銷孔間隙變位，形成非彈性位移，然后才像一般鋼結(jié)構(gòu)那樣承受荷載作用。如不考慮銷孔間隙變位，仍采用一般的結(jié)構(gòu)分析手段，其結(jié)果與實(shí)際結(jié)構(gòu)將有一定的差別。以往對(duì)此結(jié)構(gòu)是按平面理想桁架進(jìn)行計(jì)算，并按傳統(tǒng)的容許應(yīng)力法進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)也未考慮銷孔間隙變位產(chǎn)生的非彈性位移對(duì)結(jié)構(gòu)行為的影響，這種計(jì)算方法是粗略的，不能反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力和位移狀況。銷孔間隙的存在對(duì)于六四式軍用梁結(jié)構(gòu)位移而言在有些情況下是不能忽略的。
1計(jì)算模型
本文以一片24m單層式六四梁和一片32m雙層式六四梁為例來分析銷孔間隙變位對(duì)梁撓度的影響。六四式鐵路軍用梁為空間結(jié)構(gòu)，根據(jù)其受力形式及受力特點(diǎn)分別以24m、32m不考慮銷孔間隙變位的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行有限元模型的建立，在建模時(shí)應(yīng)該對(duì)整個(gè)梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化。由于六四式鐵路軍用梁為拼裝結(jié)構(gòu)，各個(gè)構(gòu)架之間通過銷釘連接，當(dāng)應(yīng)用工程軟件ANSYS進(jìn)行建模分析時(shí)，模型建立是否合理對(duì)結(jié)構(gòu)分析是否正確起著至關(guān)重要的作用。在分析各構(gòu)件受力性能基礎(chǔ)上，對(duì)六四式鐵路軍用梁各部分構(gòu)造進(jìn)行適當(dāng)簡化，六四式鐵路軍用梁一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)三角內(nèi)各桿件連接按剛節(jié)點(diǎn)處理，而各個(gè)三角之間以及三角與端構(gòu)架等其他構(gòu)件的連接按鉸接處理，其鉸接節(jié)點(diǎn)按耦合進(jìn)行建模分析，所有桿件均采用BEAM189單元模擬。
3計(jì)算實(shí)例
3.1六四式鐵路軍用梁彈性位移計(jì)算
以一片24m單層式六四梁和一片32m雙層式六四梁為例來分析銷孔間隙變位對(duì)梁撓度的影響。本小節(jié)計(jì)算按《鐵路橋梁搶修（建）技術(shù)規(guī)程》（試行）、《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10002.2-2005）、《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB10002.1-2005）和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）的要求進(jìn)行分析。利用ANSYS軟件進(jìn)行靜力計(jì)算。荷載為東風(fēng)4型機(jī)車單機(jī)隨掛70kN/m均載。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，列車荷載作用在六片梁上，則一片梁承受1/6的列車荷載，計(jì)算中不考慮梁自重及動(dòng)力影響。
3.1.124m單層式六四梁彈性位移計(jì)算。利用ANSYS建立不考慮銷孔位移的24m單層式六四梁有限元模型，對(duì)其施加列車荷載，查看梁跨在1/6的列車荷載作用下的豎向位移，即為該結(jié)構(gòu)的彈性位移。由ANSYS計(jì)算可得，當(dāng)不考慮銷孔間隙變位時(shí)，列車荷載作用下的24m單層式六四梁豎向最大彈性位移為。
3.1.232m雙層式六四梁彈性位移計(jì)算。利用ANSYS建立不考慮銷孔位移的32m雙層式六四梁有限元模型，對(duì)其施加列車荷載，查看梁跨在1/6的列車荷載作用下的豎向位移，即該結(jié)構(gòu)的彈性位移。由ANSYS計(jì)算可得，當(dāng)不考慮銷孔間隙變位時(shí)，列車荷載作用下的32m雙層式六四梁豎向最大彈性位移為。
3.2六四式鐵路軍用梁非彈性位移計(jì)算
對(duì)于六四式鐵路軍用梁，拼裝前后桿件節(jié)點(diǎn)處軸向位移量為銷孔直徑減去銷釘直徑結(jié)果的1/2，即0.75mm。對(duì)于兩端都有銷孔的桿件，桿件軸向變形量為銷孔直徑減去銷釘直徑，即1.5mm。對(duì)于只有單端有銷孔的構(gòu)件，桿件軸向變形量為銷孔直徑減去銷釘直徑結(jié)果的1/2，為0.75mm。所以計(jì)算某一節(jié)點(diǎn)處由銷孔間隙變位引起的位移時(shí)，只需在該節(jié)點(diǎn)施加單位力，利用有限元分析軟件ANSYS計(jì)算出各個(gè)桿件的軸力，再根據(jù)虛功原理計(jì)算出各桿變形虛功的總和，即得到銷孔間隙變位引起的非彈性位移。銷釘與銷孔間的間隙使桿件長度產(chǎn)生的變化值如表1所示。對(duì)六四梁跨中施加單位荷載，可計(jì)算出銷孔間隙變位引起的跨中非彈性位移。
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作者簡介：蘆文婷，大秦鐵路股份有限公司侯馬北工務(wù)段助理工程師。
