贝雷梁失稳及ANSYS分析.doc

贝雷梁失稳及ANSYS分析
杨昌民，丁继辉
（河北大学建筑工程学院）

摘要：以一工程实例为例，对贝雷梁的工程使用过程中发生的局部失稳进行了ANSYS分析ANSYS计算的结果与工程实例结果进行比较，两者的结果相接近。并指出发生失稳的原因，以及一些建议和解决方法。为日后类似贝雷梁施工提供了一定的经验。
关键词：贝雷梁；失稳；ANSYS分析

一、工程概况
旧城胜利大桥是保定与天津之间的重要通道，汽车交通量大，常常通行200—300KN载货重车，由于长期运营，发生主梁变位，支座错位，梁体统一向外侧滑移，因此要对桥进行纠偏，纠偏过程中先要顶升桥板再进行侧推，使桥板复位再对其进行加固。
顶升桥板过程中，千金顶用贝雷梁支撑，其结构见图：

整体情况图（a） 局部失稳图（b）
二、贝雷梁的布置
贝雷梁的现场布置情况：采用1.5×3.0m的贝雷片，其侧弦杆与下弦杆由2［10组成，内侧的斜杆由Ι8组成；组拼后，将净跨部分的上下弦杆加强成4［10，另外三角支撑均由2［10组成。每2片贝雷片组成一个贝雷梁，且其之间的距离为50cm。每个千斤顶下采用双层三排组装方式，共用6对贝雷片组成。每两个贝雷梁之间的距离为50cm，贝雷梁的基座采用的是20cm厚的混凝土。为了使千斤顶的荷载能够较均匀的传递到贝雷梁上，在贝雷梁的顶部采用横竖放置了两层旧钢轨，如图（a）。
千斤顶采用的是直径40mm承载为350吨的千斤顶。千斤顶放置在贝雷梁的中心位置。在顶升过程中当荷载加到300吨左右时，其中间的两片贝雷片发生了局部失稳现象，如图（b）。
下面用ANSYS分析贝雷梁的内力分布情况、失稳的原因以及建议解决方法。
三、建模分析
首先对要建的模型进行简化：贝雷片的两个长边方向简化为一根工字梁，把上下贝雷梁相接触的两根梁简化为一根大的工字梁。在顶部，下面放的一排梁分别把两根梁简化为一根工字梁；而上面一排梁因只有四根梁受力，因此把四根梁简化为两根工字梁。把千斤顶的力分成两个集中力，分别作用在最上部简化后的两根工字梁的中部。
由于整体钢架只受竖向荷载作用，因此把钢架与地面接触当作固结来处理。有因为是分析贝雷梁的失稳情况，因此可把上部摆放的两排梁与贝雷梁的接触也可以看成固结（这样简化与实际不符，但不会影响ANSYS失稳的分析，但是可能会影响最终的破坏形势或破坏结果）。具体简化情况如图：

图1 正面图 图2 侧面图

图3 顶面图 图4 整体图
利用ANSYS有限元程序分析时，考虑到贝雷梁为空间钢架形式，经分析比较采用BEAM188梁单元最合适。钢材的弹性模量：，泊松比：0.3，密度：。
由ANSYS建模计算后，进行结构的线性屈曲分析，可以得到以下分析结果，如图所示：

图5 屈曲分析后的正面图 图6 屈曲分析后的侧面图

图7 屈曲分析后的顶面图 图8 屈曲分析后的局部图

图9 屈曲分析后的整体图
由上面五幅屈曲分析后的图片可以看出，在中间两排贝雷梁的上部、中间的位置，也就是中间两根工字梁的上部发生了明显的失稳现象。而这个失稳现象对于整个结构来说，只属于局部发生的失稳现象。这也与实际工程情况发生的局部失稳现象相吻合或相似。

四、结论与建议
立足于大型有限元通用程序ANSYS的工作平台，对贝雷梁在荷载作用下的变形和内力分布进行系统的计算分析，可以得到失稳主要原因：
（1）钢轨的布置没能够很好的平均千斤顶的荷载。没有充分考虑到钢轨的变形影响，从而钢轨的变形直接导致荷载不能够均匀向下传递。
（2）贝雷梁的布置不合理。钢轨的变形，使中间的贝雷梁承担的荷载比两边的贝雷梁大得多，从而导致失稳的发生。
建议解决的方法：
（1）增大千斤顶底座下钢轨等分散力结构的刚度，使力能够比较均匀的向下传递。
（2）调整贝雷片的布置间距。把贝雷片布置的紧密些，或是在千斤顶下部再加上几片贝雷片。

参考文献
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[2] 丁美．结构稳定性分析中ansys的应用．低温建筑技术，2003/06，42～43
[3] 博嘉科技编著．有限元分析软件——ANSYS融会与贯通．北京：中国水利水电出版社，2002
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