钢截面温度应力计算要点

钢截面非线性温度计算要点问题描述：对钢结构桥梁进行粱截面非线性温度计算时，应力结果经常会有疑问，本文将从钢截面的定义和粱截面非线性温度的设置两个方面进行详细的说明，使大家明确钢截面非线性温度的设置和正确的计算结果。解决方案：一钢截面定义对于钢截面的定义，通常需要注意以下几点：1）干净的CAD图形：线条为直线、多段线，不支持图块；没有重合的图形；该闭合就闭合，断开就断开；导入midasCivil时，CAD单位系统和截面特性计算器（以下简称SPC）一致。2）使用Line类型定义截面：对于闭合截面，一定要定义最大的闭合回路，保证抗扭刚度的正确计算。3）抗剪刚度的调整：Line类型的截面计算特性后，会丢失抗剪刚度Asy和Asz，即为0，有限元计算中，若刚度为0，则会提示奇异，因此，建议手动定义Asy和Asz，或者通过程序FEM法定义，或者不考虑剪力对变形的影响。上述几点，在各种学习资料中都会看到，本文将新增在SPC中定义线宽时，线的偏心方式（中对齐、左偏、右偏）的影响，下面通过实例说明。图1，在CAD中准备了3个线类型截面，模拟截面尺寸为500*200*20*20mm的工字钢截面。图1线类型工字钢截面导入SPC后，生成的几何截面如图2：图2几何图形大家注意线的偏心方式，左图，顶和底采用左和右偏，厚度20mm，腹板中对齐，厚度20mm；中图，全部中对齐，厚度20mm；右图，顶和底采用右和左偏，厚度20mm，腹板中对齐，厚度20mm，三中偏心方式，最后都能生成需要的工字型截面500*200*20*20mm。三种处理方法的截面特性计算结果如图3，截面理论的截面特性如图4。图3截面特性计算值图4截面特性理论值表5计算值/理论值Area（面积）Ixx（抗扭）Iyy（抗弯）左对齐1.000.981.00中对齐1.021.001.04下对齐1.000.981.00结论分析：对于中对齐截面，由于线定义宽度后，相交处出现重合部分，导致截面面积和抗弯刚度都比理论值大，因此，在使用中对齐模拟钢箱梁截面时需要注意其影响。二中对齐截面非线温度定义图6有限元模型图7粱截面非线性温度以简支梁为例，工字形粱截面500*200*20*20mm，计算图7所示粱截面非线性温度，常规定义如下表，设置要点：1）顶对齐；2）等宽200mm，温度折线0-20mm，对应温度10℃。表8粱截面非线性温度图9应力图结论分析：根据04规范附录B，手算温差作用效应过程如下：5500550020020101.2102.06109888023731200.9888023731200250101.2102.06109.9117600645387000ttNtAytycEcNMAytycEceyNmmMNttytycEcMpaAI由此，可以看出程序计算的结果是不正确。这也是经常出现的问题，粱截面上缘受拉，和实际经验不符。出现上述问题的原因有2点：1）输出温度应力点不正确，如下图10；2）温度折线不正确。图10应力点可以看出，中对齐时，默认应力输出点是顶板中线位置处，并不是上缘端点，同时，如果使用顶参考，定义温度折线，则温度起始位置也是中线处，导致实际希望的上缘应力点处是没有温度作用的，应力结果当然不正确，调整后的应力结果如图11。图11调整后应力结果图12截面调整截面调整时，修改1-4应力点的位置，这步大家一般不会出错，但记住还需要修改Center：y和Center：z的坐标，而且必须完全正确，相差毫米都不行，否则，结果会相差非常大。