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能否用PKPM和YJK等设计软件进行曲钢梁设计？

发布于：2024-05-14 10:55:14 来自：建筑结构/钢结构工程 [复制转发]

在“曲线形钢梁设计应该注意什么？”一文中，小编针对平面放置曲梁的受力进行了讨论，并利用算例对曲梁的支座约束要求和扭转翘曲正应力的影响进行了说明。考虑到设计人员普遍采用PKPM和YJK等软件进行结构计算和设计，本文对这两种设计软件用于曲梁计算和设计的可行性和注意点进行讨论。

PKPM和YJK的默认假定

首先采用一工字形截面圆弧曲梁算例进行计算，截面为H600x200x10x14，Q355，两端简支，圆弧的半径为72.85m，圆弧的圆心角为11度，计算可得圆弧参数L=14m，h=335mm。

YJK和PMSAP均支持圆弧简支曲梁的计算，两软件的计算结果一致，在梁自重荷载下计算得到的挠度如图2（中间为次梁）。由图可知，采用曲梁计算得到的跨中挠度为3.32mm，这一结果与采用直梁的计算结果3.29mm基本一致。作为比较，利用有限元进行计算（两端考虑腹板连接的弹性扭转约束），曲梁在自重下的跨中挠度为35.89mm，为上述两设计软件的10倍多。

通过分析比较，发现上述两设计软件在计算中均采用了全部截面绕曲梁两支座连线（即X轴）不能扭转的假定。在有限元软件中，如果也将所有截面绕X轴的扭转变形全部约束后，计算得到的跨中挠度为3.385mm，这一结果与 YJK和PMSAP的结果基本一致。

不同圆心角次梁跨中挠度比较

为了对设计软件采用的假定带来的误差进行评估，对三种截面H600x200x10/14（窄翼缘），H600x250x12/25（中等翼缘）和H600x400x12/25（宽翼缘）在圆心角为3~15度范围内的计算结果进行比较（图3），其它参数与前文算例相同。

在图3中，纵坐标为按照曲梁计算得到的跨中挠度（模拟实际曲梁）与将梁所有截面绕X轴的扭转约束后的跨中挠度（模拟YJK和PMSAP的结果）的比值，数值越小，表示两设计软件假定导致的误差越小。从比较结果可知，跨中挠度的比值约为1.5-20；圆心角越小，挠度比值越小；适当增大截面翼缘宽度可以减小挠度比值，设计软件假定导致的误差越小。

不同圆心角主梁线刚度比较

对于框架结构来说，结构的抗侧刚度与主梁的线（弯曲）刚度有关。当采用曲梁作为主梁时，当框架在侧向荷载作用下产生侧向变形时，曲梁的扭转变形可能对其线（弯曲）刚度产生影响（如图4）。

利用有限元软件，对三个截面曲梁的线刚度进行分析，用以评估两设计软件 YJK和PMSAP 中的扭转约束假定对主梁线刚度的影响。在计算中，算例的参数与上面的例子相同，但此处所有算例中曲梁两端截面的绕X轴扭转变形均被约束，用来模拟柱子对主梁的扭转约束作用。

通过计算发现，当全部截面的绕X轴扭转变形被约束时，曲梁仅发生弯曲变形（图6a），但是当仅端部截面约束时，在端弯矩作用下，曲梁将发生明显的扭转变形，这将导致曲梁的弯曲线刚度的降低。从图6的结果可以看出，当曲梁全部截面绕X轴的扭转自由度被约束后，曲梁的线刚度将提高为仅两端约束条件下的1.0~2.7倍，同时当圆心角较小和截面翼缘较宽时，这一比值较小，此时设计软件中的扭转约束假定带来的误差较小。