销孔间隙对六四梁挠度的影响分析
2017-08-21
六四式铁路军用梁为销接连接，销孔直径大于销钉直径，因而形成一定的销孔间隙，使得结构在受力时首先在连接处发生销孔间隙变位，形成非弹性位移，然后才像一般钢结构那样承受荷载作用。如不考虑销孔间隙变位，仍采用一般的结构分析手段，其结果与实际结构将有一定的差别。以往对此结构是按平面理想桁架进行计算，并按传统的容许应力法进行设计，同时也未考虑销孔间隙变位产生的非弹性位移对结构行为的影响，这种计算方法是粗略的，不能反映结构的真实受力和位移状况。销孔间隙的存在对于六四式军用梁结构位移而言在有些情况下是不能忽略的。
1计算模型
本文以一片24m单层式六四梁和一片32m双层式六四梁为例来分析销孔间隙变位对梁挠度的影响。六四式铁路军用梁为空间结构，根据其受力形式及受力特点分别以24m、32m不考虑销孔间隙变位的设计方案进行有限元模型的建立，在建模时应该对整个梁结构进行离散化。由于六四式铁路军用梁为拼装结构，各个构架之间通过销钉连接，当应用工程软件ANSYS进行建模分析时，模型建立是否合理对结构分析是否正确起着至关重要的作用。在分析各构件受力性能基础上，对六四式铁路军用梁各部分构造进行适当简化，六四式铁路军用梁一个标准三角内各杆件连接按刚节点处理，而各个三角之间以及三角与端构架等其他构件的连接按铰接处理，其铰接节点按耦合进行建模分析，所有杆件均采用BEAM189单元模拟。
3计算实例
3.1六四式铁路军用梁弹性位移计算
以一片24m单层式六四梁和一片32m双层式六四梁为例来分析销孔间隙变位对梁挠度的影响。本小节计算按《铁路桥梁抢修（建）技术规程》（试行）、《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-2005）、《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）和《钢结构设计规范》（GB50017-2003）的要求进行分析。利用ANSYS软件进行静力计算。荷载为东风4型机车单机随挂70kN/m均载。根据设计要求，列车荷载作用在六片梁上，则一片梁承受1/6的列车荷载，计算中不考虑梁自重及动力影响。
3.1.124m单层式六四梁弹性位移计算。利用ANSYS建立不考虑销孔位移的24m单层式六四梁有限元模型，对其施加列车荷载，查看梁跨在1/6的列车荷载作用下的竖向位移，即为该结构的弹性位移。由ANSYS计算可得，当不考虑销孔间隙变位时，列车荷载作用下的24m单层式六四梁竖向最大弹性位移为。
3.1.232m双层式六四梁弹性位移计算。利用ANSYS建立不考虑销孔位移的32m双层式六四梁有限元模型，对其施加列车荷载，查看梁跨在1/6的列车荷载作用下的竖向位移，即该结构的弹性位移。由ANSYS计算可得，当不考虑销孔间隙变位时，列车荷载作用下的32m双层式六四梁竖向最大弹性位移为。
3.2六四式铁路军用梁非弹性位移计算
对于六四式铁路军用梁，拼装前后杆件节点处轴向位移量为销孔直径减去销钉直径结果的1/2，即0.75mm。对于两端都有销孔的杆件，杆件轴向变形量为销孔直径减去销钉直径，即1.5mm。对于只有单端有销孔的构件，杆件轴向变形量为销孔直径减去销钉直径结果的1/2，为0.75mm。所以计算某一节点处由销孔间隙变位引起的位移时，只需在该节点施加单位力，利用有限元分析软件ANSYS计算出各个杆件的轴力，再根据虚功原理计算出各杆变形虚功的总和，即得到销孔间隙变位引起的非弹性位移。销钉与销孔间的间隙使杆件长度产生的变化值如表1所示。对六四梁跨中施加单位荷载，可计算出销孔间隙变位引起的跨中非弹性位移。
参考文献
[1]李云峰，段树金．六四式梁拼组结构的位移计算[J]．石家庄铁道学院学报，1998，11（2）：72-75．
[2]马肖，段树金．初始位移对销接承载力的影响[J]．西部探矿工程，2006，（4）：250-251．
[3]彭兴山，王贺轩，李云山．军用梁结构体系销孔位移的计算[J]．石家庄铁道学院学报，1998，11（1）：52-55．
[4]古辉荣．组拼式架桥机机臂的位移计算[J]．产品技术，2004，（2）：31-33．
[5]段树金，李云峰．关于应急拼组工程结构的设计计算[J]．工程力学（增刊），1998：532-535．
[6]孙训方，方孝淑，关来泰．材料力学[M]．北京：高等教育出版社，2002．
[7]李庆华．材料力学[M]．成都：西南交通大学出版社，1994.
作者简介：芦文婷，大秦铁路股份有限公司侯马北工务段助理工程师。
