鋼梁試驗(yàn)分析★

胡丁涵 郝君亮 馬福全 朱成浩 趙 欣 賈艷敏

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

·結(jié)構(gòu)·抗震·

鋼梁試驗(yàn)分析★

胡丁涵 郝君亮 馬福全 朱成浩 趙 欣 賈艷敏*

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

采用兩點(diǎn)加載的方式，對(duì)一片開口截面鋼箱梁進(jìn)行抗彎性能試驗(yàn)，結(jié)合MIDAS Civil建立了試驗(yàn)梁有限元模型，模擬了試驗(yàn)梁抗彎過程，得到該鋼箱梁在加載情況下的跨中位移、跨中應(yīng)變規(guī)律，并與試驗(yàn)值進(jìn)行比較，從而判斷試驗(yàn)梁的抗彎承載能力。

鋼箱梁，兩點(diǎn)加載，抗彎試驗(yàn)，有限元

0 引言

現(xiàn)代交通對(duì)橋梁的使用材料提出了更高的要求，鋼材越來越多的應(yīng)用到了現(xiàn)代橋梁當(dāng)中，由于對(duì)鋼梁承載力分析較少，許多鋼梁因承載力不足而出現(xiàn)問題。英國(guó)的Chester的Dee河橋就是其中的一個(gè)例子，該橋因總體失穩(wěn)而喪失承載力發(fā)生事故，歸其原因就是對(duì)該鋼橋缺少足夠的受力性能分析[1-5]。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 試驗(yàn)梁材料

該試驗(yàn)設(shè)計(jì)了一片鋼箱梁模型，試驗(yàn)梁全部采用Q345QE鋼，其技術(shù)指標(biāo)符合GB/T 714—2000橋梁用結(jié)構(gòu)鋼的規(guī)定，彈性模量E=2.1×105MPa，剪切模量G=0.81×105MPa，截面采用開口截面，梁總長(zhǎng)3 000 mm，計(jì)算跨徑2 900 mm，梁高120 mm。

1.2 試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

鋼梁試驗(yàn)在東北林業(yè)大學(xué)結(jié)構(gòu)館進(jìn)行，本次試驗(yàn)采用的試驗(yàn)儀器是武漢華巖電子生產(chǎn)的“RS-QL06E橋梁及結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)”，該系統(tǒng)包括無線數(shù)碼收發(fā)器，數(shù)碼應(yīng)變傳感器，數(shù)碼位移計(jì)和數(shù)據(jù)采集軟件。試驗(yàn)采用手搖式千斤頂，試驗(yàn)荷載由電阻應(yīng)變式壓力傳感器結(jié)合東華DH3818測(cè)量。

試驗(yàn)梁采用兩點(diǎn)加載的方式，加載點(diǎn)位于跨中左右各483 mm(L/3處)，試驗(yàn)測(cè)量的主要內(nèi)容有:鋼箱梁跨中截面撓度、鋼箱梁頂板應(yīng)變、鋼箱梁底板應(yīng)變和跨中截面應(yīng)變分布。因此在梁的兩端、四分點(diǎn)及跨中布置數(shù)碼位移計(jì)，在跨中截面梁頂，距梁底30 mm和梁底三個(gè)位置分別布置應(yīng)變計(jì)1，應(yīng)變計(jì)2，應(yīng)變計(jì)3。

現(xiàn)場(chǎng)布置圖如圖1所示。加載布置圖如圖2所示。

1.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)梁加載共分為8級(jí)，每級(jí)加載1 kN，加至8 kN后逐級(jí)卸載至0 kN，經(jīng)處理得到全梁位移曲線和跨中截面應(yīng)變分布曲線，如圖3，圖4所示。

2 數(shù)值分析

利用MIDAS Civil對(duì)鋼箱梁進(jìn)行建模和數(shù)值模擬分析，鋼箱梁采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，有限元模型共劃分為24個(gè)單元，27個(gè)節(jié)點(diǎn)(如圖5所示)。加載采用節(jié)點(diǎn)荷載的方式加載到節(jié)點(diǎn)上，進(jìn)行分析，得出跨中位移和跨中截面各點(diǎn)的應(yīng)力，將應(yīng)力通過胡克定律轉(zhuǎn)化為應(yīng)變，將有限元計(jì)算值與試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比，如表1～表3所示。

表1 跨中截面位移

荷載/kN跨中截面位移/mm試驗(yàn)值有限元計(jì)算值有限元計(jì)算值/實(shí)驗(yàn)值2-0.742-0.834231.1243034-1.554-1.668471.0736596-2.31-2.50271.083428-2.997-3.336931.113424

表2 跨中截面頂緣應(yīng)變

表3 跨中截面底緣應(yīng)變

從表1～表3可以看出試驗(yàn)梁有限元計(jì)算值和試驗(yàn)值吻合較好，相差控制在10%左右。

3 結(jié)語

通過對(duì)剛梁試驗(yàn)的研究得出如下結(jié)論：

1)運(yùn)用MIDAS Civil建立有限元模型能較好的模擬鋼箱梁在線性階段的受力和變形。2)試驗(yàn)梁在加載過程中一直處于彈性階段，變形符合平截面假設(shè)。 3)鋼箱梁在加載過程中，荷載與應(yīng)力、應(yīng)變、位移成正比。

[1] 吳 沖.現(xiàn)代鋼橋(上冊(cè))[M].北京:人民交通出版社,2006.

[2] 沈祖炎,陳揚(yáng)驥,陳以一.鋼結(jié)構(gòu)基本原理[M].北京:中國(guó)建筑出版社,2005.

[3] 賈艷敏,高 力.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京:人民交通出版社,2004.

[4] 段 蘭,唐友明,王春生,等.混合設(shè)計(jì)的高性能鋼梁抗彎性能試驗(yàn)[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào),2014(5):19-28.

[5] 段 蘭,張 亮,王春生,等.高強(qiáng)度工字鋼梁抗彎性能試驗(yàn)[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012(6):52-58.

Abstract： By using the two-point loading on a piece of open section of steel box girder of flexural performance test, combined with the MIDAS Civil test beam finite element model is established, simulated test beam bending process, the steel box girder under the loading span displacement and cross strain, and the test results are compared, in order to determine the bending strength of the test beams.

Key words: steel box girder, two-point loading, bending test, finite element

Steel beam test analysis★

Hu Dinghan Hao Junliang Ma Fuquan Zhu Chenghao Zhao Xin Jia Yanmin*

(SchoolofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

2016-03-12★：國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目資助(項(xiàng)目編號(hào)：201510225173)

胡丁涵(1994- )，男，在讀本科生

賈艷敏(1962- )，女，博士生導(dǎo)師，教授

1009-6825(2016)15-0034-02

U441

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