[發明專利]一種考慮正交異性板殘余應力效應的組合板梁單元分析法

有效

• 申請號: 202011176107.3
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112378735B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 馬牛靜;王榮輝;樸瀧
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 王攀

本發明公開了一種考慮正交異性板殘余應力效應的組合板梁單元分析法，用于分析由橋面頂板與梯形肋焊接而成的正交異性鋼橋面板。其中，橋面頂板用平板殼單元分析，而構成梯形肋的各子板件則用板梁單元分析，頂板與梯形肋的焊接殘余應力通過殘余應力自平衡條件得到，并通過應力?應變關系得到頂板及梯形肋左、右腹板的初始變形，該組合板梁單元分析方法具有自由度少、計算精度高等優點，因此，特別適用于梯形肋正交異性板的結構分析。

技術領域

本發明涉及焊接技術領域，具體為一種考慮正交異性板殘余應力效應的組合板梁單元分析法。

背景技術

交異性鋼橋面板在大跨度橋梁中得到廣泛的應用，對其力學特性進行準確、深入的分析具有非常重要的理論意義與工程價值。近年來，眾多學者將構成正交異性鋼橋面板的加勁肋視為常規矩形截面，或者是按照剛度等效進行分析。事實上，對于正交異性鋼橋面板尤其是梯形肋正交異性鋼橋面板而言，其板件數目多、受力復雜，如果簡單地將由若干板件組成的加勁肋按照剛度等效的方法進行研究，勢必導致研究結果與實際情況產生一定的偏差。相對而言，采用有限元分析方法，可以克服這類缺點，能夠對正交異性鋼橋面板的力學特性進行準確而有效的定量研究。

基于此，本發明設計了一種考慮正交異性板殘余應力效應的組合板梁單元分析法，用于分析由橋面頂板與梯形肋焊接而成的正交異性鋼橋面板。其中，橋面頂板用平板殼單元分析，而構成梯形肋的各子板件則用板梁單元分析，頂板與梯形肋的焊接殘余應力通過殘余應力自平衡條件得到，并通過應力-應變關系得到頂板及梯形肋左、右腹板的初始變形，該組合板梁單元分析方法具有自由度少、計算精度高等優點，因此，特別適用于梯形肋正交異性板的結構分析。

發明內容

本發明的目的在于提供一種考慮正交異性板殘余應力效應的組合板梁單元分析法，以解決上述提到的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種考慮正交異性板殘余應力效應的組合板梁單元分析法，包括以下步驟：

S1：分析對象由橋面頂板與梯形肋焊接而成的正交異性鋼橋面板，將梯形肋正交異性板離散為組合板梁單元，頂板采用平板殼單元分析，而構成梯形肋的各子板件采用板梁單元分析；

S2：頂板的四個節點為1、2、3、4，頂板的分析由平面應力問題和薄板小撓度彎曲問題疊加，每個節點有5個自由度，包括對應于平面應力問題的線位移自由度u和v，以及對應于薄板小撓度彎曲問題的線位移與轉角自由度w、θ_x和θ_y，

建立組合板梁單元的頂板節點位移列陣：

δ＝[δ₁ δ₂ δ₃ δ₄]^T (1)，

式中，i＝1，2，3，4；

S3：對于構成mn段梯形肋的各板梁子單元，其軸向位移在縱向采用一次多項式、豎向位移在縱向采用三次多項式，插值函數分別為：

式中，d為mn段梯形肋的長度；

S4：根據頂板與梯形肋之間的變形協調條件，得到梯形肋各節點的位移，結合組合板梁單元橫截面尺寸與位移參數以及平面應力單元的位移場，可得到梯形肋節點7、8的縱向位移：

節點7、8繞y軸的轉角為：

式中，a為梯形肋腹板的上端間距；k為組合板梁單元的頂板寬度；

結合薄板小撓度彎曲的位移場，得到節點7、8的豎向位移：