[發明專利]一種矩形箱梁抗扭斷面的優選方法

在審

• 申請號: 202010877195.3
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112131631A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 甘亞南;尹明干;石飛停;杜玉兵
• 申請（專利權）人: 鹽城工學院
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 田凌濤

本發明公開了一種矩形箱梁抗扭斷面的優選方法，包括獲取矩形箱梁翼板長度、矩形箱梁高度、矩形箱梁腹板厚度、矩形箱梁上翼板厚度和下翼板厚度，以及其扭轉常數和矩形截面扇形慣性矩，結合矩形箱梁繞剪切中心扭轉角表達式、邊界條件和剪應力計算公式，進而獲取一組不同截面幾何尺寸的矩形箱梁剪應力，基于此選取剪應力最小的矩形箱梁斷面作為優選矩形箱梁的抗扭斷面；本發明提供方法，適用于對抗扭性能更為優越的矩形箱梁斷面的選擇，有利于避免因扭轉而產生的箱梁開裂和剛度退化等危害。

技術領域

本發明涉及結構工程技術領域，具體涉及一種矩形箱梁抗扭斷面的優選方法。

背景技術

由于矩形箱梁具有良好的力學性能，因而在拱橋拱肋、房屋結構以及機械工程中得到廣泛應用，但是該類結構在偏心荷載或曲梁狀態下都將受到扭轉的影響。因而，其合理抗扭斷面尺寸的選擇，將使矩形箱梁具有良好的力學性能，這不僅可以減少結構材料用量和降低維修費用等，而且還將進一步提高該類結構的耐久性。

現階段，由于經常處于扭轉狀態，運營中很多拱橋的矩形拱肋或機械的矩形受扭構件皆發生了嚴重病害，如土木結構剛度降低、翼板和腹板開裂，以及機械工程中矩形箱梁的屈曲破壞等，這些都將嚴重威脅整體結構的安全性。合理的抗扭斷面形式，不僅可以改善結構的力學性能，而且將有效提高該類結構的耐久性。因而，矩形箱梁抗扭斷面優化設計的研究具有理論意義和工程實用價值。但是，由于相關設計理論的局限性，現階段并未對矩形箱梁的抗扭斷面尺寸優化進行深入研究，缺少一種有效且合理的矩形箱梁抗扭斷面的選擇方法，這將造成矩形箱梁斷面尺寸設計的不合理。

因此，需要一種矩形箱梁抗扭斷面的優選方法，使得在滿足結構使用功能的前提下，適應其力學特點，篩選出抗扭性能優良的矩形箱梁。

發明內容

本發明的目的：提供一種矩形箱梁抗扭斷面的優選方法，通過對矩形箱梁抗扭斷面的選擇，使矩形箱梁處于良好的抗扭力學狀態。

技術方案：本發明提供了矩形箱梁抗扭斷面的優選方法，包括如下步驟：

步驟1、針對一組矩形箱梁，分別獲得各矩形箱梁所對應的翼板長度B、矩形箱梁的高度h、矩形箱梁的腹板厚度t_w、矩形箱梁的上翼板厚度t₁和下翼板厚度t₂，進而計算各矩形箱梁閉口斷面的壁厚中心線所圍2倍面積Ω；

步驟2、分別針對各矩形箱梁，根據矩形箱梁的剪切彈性模量G、楊氏彈性模量E、扭轉常數J_k、矩形截面扇形慣性矩I_ω、矩形箱梁繞剪切中心的扭轉角θ(x)，計算各矩形箱梁的剪應力τ：

其中，T＝GJ_kθ'(_x)-EI_ωθ”'(_x)，θ'(_x)為θ(x)的一階求導，θ”'_(x)為θ(x)的三階求導，t表示計算位置處矩形箱梁的壁厚；

步驟3、比較根據步驟2獲取的各矩形箱梁剪應力τ的大小，選擇剪應力τ最小的矩形箱梁的斷面作為優選的矩形箱梁抗扭斷面。

進一步的，在步驟1中，按如下公式：

獲得矩形箱梁閉口斷面的壁厚中心線所圍2倍面積Ω，其中，B表示矩形箱梁翼板的長度、h表示矩形箱梁的高度、t_w表示矩形箱梁的腹板厚度、t₁和t₂分別表示矩形箱梁的上翼板厚度和下翼板厚度。

進一步的，在步驟2中，按如下公式：