铝合金工字梁极限承载力有限元分析VIP免费

第27卷�第10期2010年10月公�路�交�通�科�技JournalofHighwayandTransportationResearchandDevelopmentVol�27�No�10Oct.2010收稿日期:2009-12-13作者简介:辛亚兵(1980-),男,湖北安陆人,硕士,研究方向为桥梁结构关键技术�(xinyabing@sohu�com)文章编号:1002-0268(2010)10-0077-06铝合金工字梁极限承载力有限元分析辛亚兵1,2,刘志文2,陈政清2(1.湖南省高速公路管理局,湖南�长沙�410002;2.湖南大学�土木工程学院,湖南�长沙�410082)摘要:以5片铝合金工字梁为研究对象,进行非线性极限承载力有限元分析,得到了荷载-位移曲线,并与已有试验结果进行比较,计算结果与已有试验结果吻合较好;研究结果也验证了采用兰伯格-奥斯古德(Romberg�Osgood)模型来描述铝合金结构本构关系是合适的。在此基础上,研究了不同结构初始几何缺陷和荷载偏心等参数对铝合金工字梁极限承载力的影响。最后,从工程应用的角度,对相同设计参数下铝合金工字梁和钢工字梁极限承载力进行了对比分析,研究表明,相同设计参数的铝合金结构极限承载力与重量比为钢结构的1�645倍。关键词:桥梁工程;极限承载力;有限元;铝合金工字梁;初始缺陷;荷载偏心中图分类号:U448�36�����文献标识码:AFiniteElementAnalysisonUltimateLoadofAlloyAluminumI�beamXINYabing1,2,LIUZhiwen2,CHENZhengqing2(1.HunanExpresswayAdministrationBureau,ChangshaHunan410002,China;2.CollegeofCivilEngineering,HunanUniversity,ChangshaHunan410082,China)Abstrac:tThenonlinearultimatebearingcapacityoffivealloyaluminumI�beamswasanalyzedbyFEMandtheload�displacementcurveswereobtained.Comparisonshowsthatthecalculationresultsagreewellwiththetestresults.ItisalsoverifiedthattoadoptRomberg�Osgoodmodeltodescribetheconstitutiverelationshipofaluminumstructureisappropriate.Basedonthis,theeffectofinitialgeometricimperfectionsandeccentricloadingontheultimatebearingcapacityofaluminumalloyI�beamwasinvestigated.Finally,fromtheviewofengineering,acomparativeanalysisofultimatebearingcapacitybetweenaluminumalloyI�beamandsteelI�beamwiththesamegeometryparameterswasconducted.Theresultsshowthatratioofultimatebearingcapacitytoweightofaluminumalloystructureis1�645timesaslargeasthatofsteelstructureswiththesamegeometryparameters.Keywords:bridgeengineering;ultimatebearingcapacity;FEM;alloyaluminumI�beam;initialimperfection;eccentricloading0�引言随着桥梁结构设计理论与施工技术的不断进步,各种桥梁结构形式的最大跨度屡被刷新。但随着桥梁跨度的进一步增大,桥梁结构材料成为一个重要的制约因素。另一方面,采用钢筋混凝土、预应力混凝土与钢材等建造的桥梁也越来越暴露出一些问题:如混凝土盐化腐蚀、钢结构的锈蚀等耐久性问题也越来越严重。在这种背景下,寻找强度更高、重量更轻、耐久性更好的材料将会成为未来相当长时间内桥梁结构研究的热点。铝合金材料由于其强度重量比高、断裂韧性好和疲劳强度高、耐腐蚀性好、可塑性和焊接性好,在机械、航空航天、造船、汽车制造、包装、军工等领域得到了广泛的应用[1-5]。铝合金在桥梁结构中应用的历史可以追述到1933年美国匹兹堡Smithfield街桥桥面板的翻新中首次采用的铝桥面板。随后的50a中,在世界范围内建造了将近100多座公路交通科技第27卷铝合金桥梁或铝合金人行桥。1949年,加拿大在魁北克省的Arvida建成了一座跨越塞右奈河,单跨约90m的铝合金桥梁,宽15m,重163,t比原计划修建的钢桥重量轻约56%。英国Medway河的一座人行铝合金桥梁,主跨为180m,由倾斜的钢柱、纤细的铝桥面结构组成,具有优美的造型[6]。目前,欧美国家对铝合金的结构的研究比较成熟[7-12]。20世纪70年代,欧洲钢结构协会(ECCS)制定了�欧洲铝合金结构建议。美国铝业协会也制定了�铝合金结构规范。另外,英国、法国、德国、意大利、瑞典都出版了铝合金设计规范。我国的铝结构研究处于起步阶段,且多用于空间网架结构。国内对铝合金结构的研究集中在如下几个...