组合梁截面的建模方法

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最新 001490 2017年11月2日 技术文章 混凝土结构 RFEM 建模 | 结构

RFEM 可以提供多种方法用于创建组合结构截面的模型。本文阐述的例子将说明 3 种不同的组合截面的建模方法,组合截面是由钢梁型钢 HEA 300 与混凝土矩形截面 w/l = 100/30 cm 共同组合而成。

结构

组合梁为跨度 15m 的单跨梁。抗剪连接件是由圆头栓钉,间距 1.25m 焊接而成。荷载考虑了结构的自重荷载(图 01)。

图 01 - 结构

方法1:通过杆件偏心创建组合梁截面,并在共同节点位置处设置抗剪连接件

建模时,组成组合截面的钢梁和混凝土梁各由 (2 ⋅) 12 ⋅ 1.25 m 长的杆件单元所组成(杆件类型为梁)。建模时首先通过激活"编辑"下拉菜单的"允许双杆件"功能的可以在同一根线上创建两个截面,因此可以同时考虑两个不同的截面形式的共同作用,并且其杆件的支座位置位于同一个节点。下一步需要指定全部2 ⋅ 12 杆件单元相应的杆件偏心距,由此型钢截面的上边缘与混凝土截面的下边缘位置共面(图 02)。

图 02 - 方法1:通过杆件偏心创建组合梁截面,并在共同节点位置处设置抗剪连接间

因此 12 根单个相互连接的单元按照各自的杆件始端和杆件末端首位相连。

方法2:通过耦合杆件建立截面之间的组合关系

与方法 1 建立模型的方法一样,不同之处是截面无需设置偏心,两个不同种类的杆件截面分别设置在不同的线上。为了生成 24 个杆件单元或者说 12 个组合梁的单元,各个截面需使用刚性杆件相连接。需要注意的是在支座位置的刚性杆件需要设置为 2 个杆件,其目的与方法 1 的情况相同,使节点位置的支座位于组合梁连接接触缝的位置。梁端将由刚性杆与支座相连接(图 03)。

图 03 – 方法 2:耦合杆件组合效应

刚性杆件用于连接混凝土截面和型钢截面,其作用完全等同于上述的偏心。此种设计方法中用户还可以选择将刚性杆件的刚度设置为近似在刚性杆件端部实际焊接的圆头抗剪螺栓的刚度。此外在这种情况下建模可以显示耦合(刚性杆件)的内力。显示方法是激活在截面右侧显示导航器"结果" → "变形" → "杆件" 选项"耦合结果"(图 04)。

图 04 – 激活选项显示"耦合结果"

方法3:使用杆件结构类型"肋"创建组合截面的组合效应

该方法提供了一种完全不同前两种方法的建模形式。混凝土截面作为面建模,下部的钢结构型钢截面杆件作为肋建模。肋的偏心距可以在对话框"编辑肋",并在面的 +z-边缘位置进行设置定义。为了建立与前两种方法相同的支座形式,可以将面(肋的方法与之相同)在始端和终端位置由面的中心线位置至面的+z-边缘位置设置刚性杆件连接。此外为了计算组合截面杆件在整体组合后的内力,需要激活"杆件包括面的部分" (显示导航器→ "结果" → "杆件" → "肋- 考虑面/杆件的有效组合)。其他关于杆件类型 - 肋的详细信息可以查阅并参考常见问题解答

 

 

总结

前两个方法都是以杆件形式建模,建模方法基本相同,因此弯矩值将收到耦合杆件的影响向上调幅,弯矩值受到折减("梁端负弯矩")。与之比较,方法3的建模方法可以更加精确的建立组合截面的计算模型。由于在第3种方法中考虑了混凝土面的作用,其计算的内力值在进行分析时是与前两种建模方法相比显然是不同的(图 05 和06)。

图 05 – 方法 1 和 2:显示组合截面钢梁的弯矩 My

图 06 – 方法 3:显示组合截面的弯矩 My

由挠度的计算结果可以得出上述3种建模方法基本可以满足实际工程运算的需要(图 07)。

图 07 - 3 种建模方法的挠度计算结果

从混凝土截面与型钢截面之间的剪力计算结果来看三种建模方法的计算结果近似。组合梁混凝土与钢梁接触面的纵向剪力 VL 可以通过"计算结果图形"(选取肋单击右键),并激活显示内力 VL 选项框(图 08)。

图 08 – 显示纵向剪力值 VL

方法2 刚性杆件的剪力值比较(图 09)。

图 09 – 支座边缘位置首个刚性杆件的剪力值

组合梁
内力
变形
 
方法 1
 
方法 2
 
方法 3
My [kNm] 32.64    32.64    240.50   
u [mm] 20.10    20.10    20.40   
VL [kN] 132.30    132.30    128.30   

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