技术连载丨岩土微技术269-GTS NX中1D单元组合截面如何定义钢混截面?

文摘   2025-01-18 20:30   辽宁  

问题描述:

GTS NX中梁单元截面定义可以定义钢混截面,除了尺寸之外,下方Es/Ec等内容如何填写,对结果有什么影响?

1.组合截面设置对话框

问题解答:

目前GTS NX的钢混截面共支持以下几种钢混-箱型、钢混-管型、矩形-工字钢,圆-工字钢,程序内采用换算成均质的、弹性模量大的钢材截面来计算复合截面形状特性。

2.钢混截面类型

尺寸相关内容可根据实际情况直接填写,标准一栏目前没有提供国内标准,可不填写;

下方填写内容主要有:

Es/Ec:钢与混凝土的弹性模量比

Ds/Dc:钢与混凝土的重量比

Ps:钢材泊松比

Pc:混凝土泊松比

扭转/刚度转换系数:混凝土的刚度转换系数,计算钢混截面的刚度时,将混凝土转换为钢材,此时使用该系数。可以考虑折减或者增大,一般取1

组合截面在考虑组合刚度时,直接采用刚度等效来换算成均质截面,换算时,钢材弹模Es默认为206GPa,混凝土弹模根据输入模量比来换算;整个构件真实刚度为输入梁单元材料的弹模*换算均值截面尺寸,比如在轴心抗拉压刚度时,计算等效面积为

构件刚度主要体现在梁单元特性窗口中的参数,不同的Es/Ec值也就会直接影响截面面积、截面惯性矩等参数,为简化计算,仅对比截面积这一参数,如下图,

3.梁单元属性对话框

例如钢混-管型,假设钢管外径为1000mm,厚度为100mm,钢材面积As=π(D²-d²)/4=282743mm²,混凝土的面积Ac=π*d²/4=482623mm²

Es/Ec=1时,总的等效面积为As+Ac=282743+482623=765366mm²

4. Es/Ec=1时截面特性参数

那么当Es/Ec=0.5时,总的等效面积为As+Ac=272743+492623/0.5=1255201mm²

5. Es/Ec=0.5时截面特性参数

那么当Es/Ec=2时,总的等效面积为As+Ac=272743+492623/2=520449mm²

6. Es/Ec=2时截面特性参数

简单来说,Es/Ec的值越大,组合截面的截面积越小,刚度越小。

可以简算悬臂梁受竖向下集中力作用时位移,来验证刚度计算方法,自由端的挠度计算公式为:

根据公式,选择钢混0.5、混钢0.5、钢混1、混钢1、钢混2、混钢26种不同的材料截面进行对比(其中钢材弹模取206GPa,混凝土弹模取30GPa,钢混表示梁单元材料选择钢材,混钢表示梁单元材料选择混凝土,0.512表示Es/Ec值)。具体计算结果见下表:

-1不同钢混截面计算挠度汇总


集中力PN

梁长L(m)

弹性模量E(Pa)

惯性矩I

挠度δ

钢混0.5

100000

40

2.06e11

0.065717916

0.157582401

混钢0.5

100000

40

3e+010

0.065717916

1.082065822

钢混1

100000

40

2.06e11

0.046621677

0.222128153

混钢1

100000

40

3e+010

0.046621677

1.525279982

钢混2

100000

40

2.06e11

0.037073558

0.279336208

混钢2

100000

40

3e+010

0.037073558

1.918108629

单独取表中截面杆件的挠度值出来(下图从上至下、从左至右分别为钢混0.5、混钢0.5、钢混1、混钢1、钢混2、混钢2),和理论解完全一致。

7. 不同截面特性参数悬臂梁竖向位移图





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