Table 1 parameter of castellated beam
梁编号 开孔高度D/m 孔高比 开孔间距S/m 距高比
1 0.1 0.33 0.06 0.2
2 0.15 0.5 0.1 0.33
3 0.15 0.5 0.06 0.2
4 0.15 0.5 0.15 0.5
5 0.2 0.667 0.12 0.4
6 0.2 0.667 0.06 0.2
7 0.2 0.667 0.15 0.5
将利用公式(15)计算所得蜂窝梁的公式中各项挠度与蜂窝梁跨中挠度计算值列于表2中,有限元分析结果用于与计算结果对比以验证计算公式的准确性。
表2 蜂窝梁的挠度计算结果(mm)
Table 2 calculation result of deflection (mm)
梁编号 公式计算结果 有限元计算结果 误差
1 7.085 0.263 4.383e-2 7.392 7.536 1.9% 4.247e-5 4.379e-2
2 7.111 0.274 2.23e-2 7.408 7.702 3.9% 2.453e-4 2.205e-2
3 7.118 0.280 7.58e-2 7.473 7.867 5.3% 2.492e-4 7.558e-2
4 7.105 0.269 9.52e-3 7.384 7.63 3.4% 2.487e-4 9.271e-3
5 7.167 0.290 0.441 7.899 8.311 5.2% 2.553e-2 0.416
6 7.187 0.299 1.612 9.098 8.745 4.3% 2.883e-2 1.583
7 7.159 0.287 0.237 7.683 8.242 7.3% 2.188e-2 0.215
考虑到开孔过大对蜂窝梁的不利影响,蜂窝梁常见的孔高比为0.5-0.7之间,由梁1-4计算结果可以看出,由本文提出的挠度计算公式所得计算结果与有限元分析结果误差在5%以内,具有很高的精度。此外,当蜂窝梁的孔高比小于0.6时,由剪力次弯矩引起的挠度在蜂窝梁的挠度中所占比例十分小,因此在孔高比小于0.6时,可以忽略剪力次弯矩引起的挠度,进一步简化蜂窝梁的挠度计算公式为。从不同孔高比的计算结果可以看出,当孔高比增大时,剪力次弯矩引起的挠度在挠度中所占的比例逐渐增大,所以当孔高比大于0.6以后,蜂窝梁挠度计算公式如式(15)所示,此时的计算公式中不能忽略剪力次弯矩的影响。
从表中梁5-7的计算结果可以看出,在剪力次弯矩中引起的挠度中,由墩腰转动产生的挠度占的主要部分,梁桥弯曲产生的挠度只占很小部分。开孔间距是剪力次弯矩产生的挠度的主要影响因素,根据5-7的计算结果,当孔高比一定的情况下,随着距高比的减小,梁墩的等效惯性矩逐渐减小,墩腰转动产生的挠度逐渐增大,剪力次弯矩引起的挠度也随之增大,成为蜂窝梁挠度的主要影响因素。因此在蜂窝梁的设计中,应该保证开孔之间有足够的梁墩宽度,以减小因为腹板过分削弱而产生的剪力次弯矩效应。
综上所述,本文提出的蜂窝梁挠度计算公式考虑了孔高比和距高比的影响,计算精度满足工程实际需求,可用于蜂窝梁的挠度计算。
结论
(1)由于腹板开孔对截面削弱的影响,剪力对蜂窝梁挠度的影响不可忽略,一方面剪力直接引起剪切变形,另一方面剪力次弯矩引起蜂窝梁梁桥变形。
(2)剪力次弯矩中引起的挠度可以分为两部分:一是由梁桥弯曲产生的挠度,一是墩腰转动产生的挠度。其中在剪力次弯矩引起的挠度中所占的比例较大,因此当孔间距变小时,蜂窝梁挠度迅速增大。
(3)当蜂窝梁的孔高比小于0.6时,挠度计算中可以忽略剪力次弯矩引起的挠度,当孔高比大于0.6时,挠度计算中不可忽略剪力次弯矩引起的挠度。
(4)蜂窝梁的挠度受到高跨比、开孔形式、荷载作用形式、孔间距、荷载作用位置等很多因素影响。蜂窝梁的挠度计算,是一个复杂的多次超静定问题,本文提出的简化计算公式考虑了蜂窝梁的实际特点和受力形式,具有普遍适用性,且其精度能满足一般工程的实际要求,可用于蜂窝梁的挠度计算。
参考文献
[1] Knowles P R.Castellated beams[J].Proceedings of the Institution of Civil Engineers,1991,90(1):521-536.
[2] 李鹏飞.蜂窝梁的力学行为研究[D].石家庄:石家庄铁道学院,2008.
Li Pengfei. Study on Mechanical Behaviors of Castellated Beam[D].Shijiazhuang: Shijiazhuang railway institute,2008
[3] 罗烈,罗晓霖.蜂窝梁设计规范的比较研究[J].建筑钢结构进展,2005,7(2):43—47.
LUO Lie,LUO Xiao-lin.Comparative research of the design specifications for castellated beams[J].Progress in Steel Building Structures,2005,7(2):43—47.
[4] 苏益生.蜂窝钢梁应用研究[D].广西:广西大学土木工程系,2004
Su Yisheng. Research on the Application of Castellated Beam[D]. Guangxi: civil engineering department of Guangxi university,2004
[5] 陈录如.蜂窝梁的简化计算与试验研究[J].工业建筑,1985,(5):31-38
Chen Luru. Reduced calculation and experimental research for castellated beams[J]. Industrial Construction, 1985,(5):31-38
[6] Srimani S L,Oas P K.Finite Element Analysis of Castellated Beams[J].Computer and Structure,1978,(9):169-170
[7] 王平.蜂窝梁挠度的简化计算[J].四川建筑科学研究,2006,32(3):29~31
Wang Ping. The reduced method for the deflection calculation of castellated beams [J]. Sichuan Building Science,2006,32(3):29-31
[8] 周朝阳,刘纯洁.蜂窝梁弯曲变形的实用计算方法[J].铁道科学与工程学报,2007,4(1):72-76
Zhou Chaoyang,Liu Chunjie. Calculation of flexuraI deflection for castellated beams[J]. Journal of railway science and engineering,2007,4(1):72-76
[9] 何一民,李鹏鸿,于力.蜂窝梁挠度的实用计算方法[J].工业建筑,1994,24(8):9-l2
He Yimin,Li Penghong,Yu Li. The Applicable Method for the Deflection Calculation of Castellated Beams[J].Industrial Construction,1994,24(8):9-12