高架桥钢盖梁的承载性能有限元分析
道路桥梁工程现浇箱梁受力特性有限元分析
道路桥梁工程现浇箱梁受力特性有限元分析
于鹏飞
【期刊名称】《四川水泥》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】为分析道路桥梁工程现浇箱梁的受力特性以及桥梁的承载性,以某城市道路桥梁工程为例,根据工程实际信息,在midas软件构建钢箱梁的有限元模型,分析钢箱梁在静载荷作用下的应力应变以及挠度结果,同时计算钢绞线的伸长量。
试验结果显示:钢箱梁最不利工况在载荷作用下,其应力应变发生在局部中心区域,最大应变为151με,最大位移为15.2mm,钢绞线实际的总伸长量为439mm,低于理论上允许的总伸长量440mm,满足理论设计要求。
【总页数】3页(P278-280)
【作者】于鹏飞
【作者单位】中铁二十二局集团第一工程有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U448
【相关文献】
1.连续箱梁桥梁悬臂现浇施工临时支墩结构受力有限元分析
2.道路桥梁工程的现浇箱梁施工
3.现浇单箱多室宽箱梁横梁受力特性研究
4.道路桥梁工程中现浇箱梁支架施工技术优化研究
5.道路桥梁工程中现浇箱梁支架施工技术分析
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高架桥钢箱梁有限元分析和横隔板设计
高架桥钢箱梁有限元分析和横隔板设计秦健淇;郑凯锋;熊扬【摘要】文章针对跨度40m、单幅宽度为12.45 m、三车道、双箱单室某高架钢箱梁桥,采用Midas-FEA有限元分析软件,建立全桥有限元模型,进行应力和变形分析.在保持腹板间距,U肋布置和顶底板厚度不变,以满足设计规范要求,选择横隔板间距为设计参数进行优化.重点分析横隔板从17道减少到15道、13道、11道和9道时,车轮荷载重轴施加于跨中横隔板中间的顶板,顶板和U肋下缘的挠度、纵向正应力和横向正应力的变化规律;以及车轮荷载重轴施加于横隔板支点处的顶板,顶板和U肋下缘纵向正应力和横向正应力的变化规律.结果表明:随横隔板数量增加,重轴施加于相邻横隔板中间或支点处,顶板和U肋下缘的挠度和应力的绝对值都减小.根据计算,采用11道横隔板能满足设计规范要求.【期刊名称】《四川建筑》【年(卷),期】2018(038)006【总页数】3页(P169-171)【关键词】横隔板;有限元;城市高架桥;正交异性板;优化设计【作者】秦健淇;郑凯锋;熊扬【作者单位】西南交通大学,四川成都610037;西南交通大学,四川成都610037;重庆市交通规划勘察设计院,重庆401147【正文语种】中文【中图分类】U442.5+4因钢箱梁具有自重轻、跨越能力大、施工周期短和制造架设方便等优点，故在城市桥梁中被广泛地应用。
例如在城市道路口处采用钢箱梁，主要考虑其自重轻和跨越能力大的特性；在匝道弯道处采用钢箱梁，主要考虑其架设方便特性；在立交桥改造时采用钢箱梁，主要考虑其施工周期短特性。
成都二环路高架桥为城市高架桥，全线桥梁面积约为80×104 m2，其中钢箱梁桥梁面积约为20×104 m2左右，可见二环路高架桥有近1/4的桥梁采用钢箱梁桥。
故钢箱梁桥在成都二环路中得到了充分利用，其既能满足受力要求，又能达到美观需求[1]。
钢桥面板除了有桥面和桥面系的作用外，还作为主梁的一部分发挥作用。
高速公路T形刚构桥施工过程有限元分析与施工监控研究
高速公路T形刚构桥施工过程有限元分析与施工监控研究【摘要】论文依托高速公路上立交桥转体施工控制项目，用桥梁专业的两种常见有限元模型分析软件Midas/Civil、桥梁博士分别建模，对T形刚构桥施工过程的有限元进行了分析，最后对全桥施工过程施工监控进行了探讨。
标签T形刚构桥；施工监控；有限元1 工程概况L主桥采用50+50m的“T”形刚构，主梁采用转体法施工。
为不侵占两幅桥之间现有高架桥桥面行车道空间，两幅桥转体长度均采用38+38m，分步转体。
北线桥顺时针转体820到位;南线桥顺时针转体78“到位。
南、北线桥的转体重量约为4500t。
孔跨布置为50+50m连续“T’’构。
主结构为(2 50)m预应力混凝土T形刚构，上部结构采用变高度预应力混凝土单箱双室箱梁，下部结构采用薄壁空心墩，钻孔灌注桩基础.箱梁顶板宽13.0m，底板宽9.0m，中支点中心梁高5.0米，端部梁高2.0米，端部直线段长12米，两侧悬臂板长各为3.4米，箱梁顶板厚度30cm，底板厚度为25～80cm，腹板厚度为45～75cm。
下部结构主墩采用薄壁空心墩，墩身截面横桥向底宽6.0m，以1:10斜率变宽至墩顶实体段，墩顶实体段横桥向通过倒角使墩顶加宽到与箱梁底同宽，顺桥向宽4.0m，壁厚0.8m。
2 T形刚构桥施工过程的有限元分析计算模型按平面杆系计算，对施工阶段的桥跨结构进行有限元分析时，采用桥梁专业的两种常见有限元模型分析软件Midas/Civil、桥梁博士分别建模，建模步骤如下:2.1 建模主要信息(1)全桥节点、单元及截面、材料信息主桥箱梁采用C50混凝土，主桥墩采用C40混凝土，混凝土容重25kN/m3。
全桥共分65个单元，其中转体箱梁单元58个，与设计图纸提供的单元截取相符;墩部单元为7个。
(2)预应力钢束预应力钢束的输入是整个模型建立过程中一个比较艰巨的任务，在输入钢束坐标的时候，应该注意平弯等信息的输入。
箱梁纵向共有束预应力钢束，其中顶板40束，底板24束，腹板24束。
钢桥面铺装的受力特性与有限元分析
检查，我们在发泡充填前，在护筒内安装了直达底部的管道（４”镀锌管），管道下口采用二层玻璃纸封口（钢丝扎紧），上口用特制的木塞塞住，木塞长１０ｃｍ，进入管道内大约７．５ｅｍ。
管道上口在发泡充填后埋人硬质聚氨脂材料内．离护筒口约２ｃｍ。
五、结束语铜陵大桥下锚头胜‘腐防护方案经二年多时间检验，效果是良好的，由于硬质聚氨脂泡沫塑料的吸能减振作用，斜拉索的振动状况得到了极大改善，经我们多次抽查硬质聚氨脂泡沫蝗料和止水圈，未发现任何异常情况，其排水、防腐性能保持良好。
我们认为铜陵大桥下锚头防腐防护方案是成功的。
铜陵大桥是国内首座把锚头防腐作为与高强钢丝防腐同等重要的课题来研究，并成功地完成了以硬质聚氮脂泡沫塑料充填、止水圈为主的多层次锚头防腐防护方案的斜拉桥，该方案认真研究了钢材氧化锈蚀机理，达到了下护筒内止水、隔气的功效，因此该方案不仅适用于新建斜拉桥，也适用于已建斜拉桥。
继铜陵大桥率先进行以硬质聚氨脂泡沫塑料为防护充填材料的锚头防腐防护方案后，广东海印大桥换索后、广东鹤洞大桥、珠海到澳门的跨海峡大桥在通车前、重庆二．桥在通车三年后也进行了护简内硬质聚氨脂泡沫塑料充填，以上桥梁的硬质聚氨脂泡沫塑粒均由铜陵大桥下锚头防腐科研合作单位上海渔轮厂采用铜陵大桥同样的工艺、配方进行发艳｝充填的，目前，广东、福建等省一些桥粱建设和管理部门正在与上海渔轮厂洽谈采用聚氮脂充填进行锚头防腐。
铜陵大桥锚头防腐研究成果已在国内推广运用，该项成果的推广将为国家节省难以估计的工程养护资金，具有很大的社会与经济效益。
钢桥面铺装的受力特性和有限元分析方萍伍波．（交通部重庆公路科学研究所）摘要本文主要介绍正交异性钢桥面板及沥青混凝土铺装作为一台成结构的结构组成形式和计算分析模型，简述钢桥面板和铺装共同作用时的受力特性和相互作用，以及有限元分析的方法和实例。
关挺词正变异性钢桥面板，沥青混凝土铺装，夹层单元，应力，应变一、前言近年来，由于对桥梁跨径和结构轻型化的要求，国内修建的大跨径桥梁如吊桥、斜拉桥等，普遍都采用了钢箱梁和正交异性钢桥面板作为主粱结构和桥面系结构。
有限元原理在桥梁结构分析中的应用
有限元原理在桥梁结构分析中的应用在过去的30年里，有限元法作为一种通用工具在物理系统的建模和模拟仿真领域已经得到了广泛的接受。
在许多学科它已经成为至关重要的分析技术，例如结构力学、流体力学、电磁学等等。
一、有限元原理将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。
从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。
二、结构有限元求解问题依据有限元法的基本思想，结构有限元求解问题可以分解为两个问题，即单元分析和单元集合问题。
（1）单元分析所谓单元分析就是对某一复杂求解的结构取微小单元进行分析，依据其力学物理特性寻找描述该单元特性的数学函数。
即通常说的描述该单元变形的形函数。
（2）单元集合按照单元之间的联结方式，对整个求解问题系统进行整合。
在弹性力学中利用单元的部势能力与外部作用势能一起守恒，建立部单元与外界作用之间的联系。
（3）问题的求解获得部单元与外界作用之间的联系，即系统的总刚度矩阵。
要对问题的求解，则需要依据系统的外部条件求解出各个部单元的变形状态，依据部单元的变形，确定部单元的应力。
因此，有限元法是最终导致联立方程组。
联立方程组的求解可用直接法、选代法和随机法。
求解结果是单元结点处状态变量的近似值。
三、梁结构的有限元分析1. 有限元程序分析的过程有限元程序分析的过程大致分为三个阶段：（1）建模阶段建模阶段是根据结构实际形状和实际工况条件建立有限元分析的计算模型——有限元模型，从而为有限元数值计算提供必要的输入数据。
有限元建模的中心任务是结构离散，即划分网格。
但是还是要处理许多与之相关的工作：如结构形式处理、集合模型建立、单元特性定义、单元质量检查、编号顺序以及模型边界条件的定义等。
（2）计算阶段计算阶段的任务是完成有限元方法有关的数值计算。
由于这一步运算量非常大，所以这部分工作由有限元分析软件控制并在计算机上自动完成。
钢箱梁桥面吊装设计与有限元分析
钢箱梁桥面吊装设计与有限元分析摘要：钢箱梁桥面的吊装设计与有限元分析是桥梁工程领域中一个重要且复杂的研究课题。
随着现代桥梁建设的不断发展，吊装技术的应用越来越广泛，钢箱梁桥面的吊装工作也成为施工阶段不可或缺的环节。
因此，开展钢箱梁桥面吊装设计与有限元分析的研究对于确保吊装过程的安全、高效和质量具有重要的背景意义。
本论文旨在研究钢箱梁桥面吊装设计与有限元分析。
本研究对于提高桥梁施工安全性和效率具有重要的指导意义。
关键词：钢箱梁、吊装设计、有限元分析、桥梁施工一、钢箱梁桥面吊装设计的关键步骤1.吊装方案确定在吊装设计之前，需要根据实际情况确定吊装方案。
首先，根据钢箱梁的几何形状和重量，选择适当的吊装设备和工具。
可能的吊装设备包括起重机、吊车、塔吊等。
其次，确定吊装点的位置和数量。
吊装点的选择应考虑到梁体的强度和稳定性，避免对梁体造成过大的变形或损坏。
同时，吊装点的位置应均匀分布，以保证梁体的平衡和稳定性。
最后，确定吊装过程中的安全措施，如设置临时支撑、安全围栏、警示标识等，以确保施工过程的安全。
2.吊装参数计算吊装参数计算是吊装设计的重要步骤。
首先，需要确定吊装点的位置，一般选择位于梁体的强度较高的部位。
然后，进行吊装索的张力计算。
吊装索的张力应根据梁体的重量、几何形状和吊装设备的额定起重能力来确定，以确保吊装过程中的安全性。
此外，还需要计算吊装设备的额定起重能力，确保其能够满足吊装过程中的荷载要求。
3.吊装工艺设计吊装工艺设计是指确定吊装的具体步骤和顺序。
首先，需要考虑吊装设备的位置和布置。
吊装设备应放置在合适的位置，以便进行梁体的吊装和安装。
其次，确定吊装索的连接方式。
吊装索可以通过吊装吊环、吊装绳索或吊装链条等与梁体连接。
连接方式的选择应根据梁体的形状、重量和吊装设备的类型来确定。
最后，需考虑吊装过程中可能出现的风险和难点，并提出相应的解决方案。
例如，在吊装过程中，可能存在空间限制、风力影响或其他施工条件限制，需要采取相应的安全措施和施工技术，确保吊装过程的顺利进行。
钢箱梁桥的有限元分析
钢箱梁桥的有限元分析1．钢箱梁桥的概述在大跨度桥梁的设计中，恒载所占的比重远大于活载，随着跨度的增大，这种比例关系也越来越大，极大地影响了跨越能力。
因此，从设计的经济角度来说，考虑减轻桥梁结构的自重是很重要的。
钢材是一种抗拉、抗压和抗剪强度均很高的匀质材料，并且材料的可焊性好，通过结构的空间立体化，钢桥能够具有很大的跨越能力。
随着高强度材料和焊接技术的发展，以及桥梁设计、计算理论的发展和计算机技术发展，从50年代以来，钢梁桥地建设取得了长足的发展，欧洲相继建造了多座大跨钢桥。
从前被认为不可能计算的复杂结构，现在能够通过计算机完成，并且计算结果与实测结果吻合较好。
同过去相比，在相同的跨度与宽度的条件下，用钢量可减少15一20 %，工期与工程的造价也都减少很多，因此钢桥在大跨桥梁领域内具有相当强的优势和竞争力。
在构成钢桥的主要构件中，其翼缘和腹板均使用薄板，其厚度与构件的高度和宽度比都比较小，是典型的薄壁构件。
它与以平面结构组合为主的桥梁结构分析有一定的区别，它涉及到很多平面结构中不常考虑的扭转问题，所以必须依据薄壁结构理论才能明了其应力和应变状态，其应力及变形应按照薄壁结构的理论进行计算。
由于钢箱梁桥是空间结构，结构在恒载或活载的作用下会发生弯一扭藕合。
如果采用传统的计算手段和方法，计算模型要进行必要地简化，为了简化计算，一般的设计规范都要通过构造布置，使实际结构满足简化后的计算理论。
实践表明在满足构造要求后，计算的精度能够满足实际地需要。
但是这样的计算无法得到结构的一些特定部位的精确解，例如变截面和空间构件交汇的部位等。
随着计算机技术和有限元理论的发展和进步，计算机的有限元法己成为现代桥梁的重要计算手段，不但有很高的效率而且可以根据实际的需要进行仿真分析，计算结果经验证与结构的实际结果吻合较好。
当前结构的计算机仿真分析已成为一种广为应用的计算手段。
同一座桥梁可以采用不同的施工方法，但是成桥后的最终应力状态会有差异，结构的最终应力状态与安装过程密不可分。
桥梁钢护栏防撞性能有限元分析
０ 引 言
目前汽车 一护栏碰撞安全性能的研究主要有两
种方法 ：实车碰撞试验和数值模拟 。尽管实车碰 ５ 护栏具有降低车辆和驾乘人员冲撞的能力 ，起 撞试验被公认为综合评价汽车碰撞安全性能的最基 到有效的保护作用 ，降低事故造成的危害 ，因此护 栏是保证道路安全快速运营必不可少的重要安全措 施。梁柱式钢护栏作为一种半刚性护栏 ，具有一定 的刚性和柔性 ，能依靠护栏 的弯 曲变形和张拉力来 抵抗车辆的碰撞 ，所以在桥梁工程中得到较广泛的 应用。
舢 ×１ 删 以 ８ｅ 单元模拟 ；为简化建模的难度 ， 立柱连接在护栏横梁上 ，横梁和立柱通过支托连接 ０ ｈｕ 立柱采用上下大小一样 的槽钢和竖板构成 ，以 ｓｅ 在一起 ，立 柱 的 间距 为 １５ｍ，立 柱 通过 底 板锚 固 ｈｌ ｌ ． 单元模 拟，槽钢尺 寸为 ６＇ １ ８ ＇ ９０ｎ ｌ ×３０ｎｎ× ３ ｍ， １１ Ｉ ｉ ｌ ｌ ｌ
本文的计算模型参考杭州市九堡大桥护栏工程
柱和立柱底板 。护栏横 梁外径为 １１ ｌ，厚度为 ２ ｍｎ ７５ｍＴ，长度 取 为三 跨 的护 栏 长 度 ，采 用 ｓｅ 单 ． ｌ ｌ ｈｌ ｌ
研究 ；谢庆喜等使用 Ｍ Ｄ Ｍ ３ Ａ Ｙ Ｏ软件讨论了波形 施工图设计 ，护栏各组件包括护栏横梁、支托、立
作者简介 ：毛雯丽 （ ７ 一 ， ，浙江诸暨人 ，讲师 ，Ｅ ｍｉ ｊｍ ｌ ６． ｍ １８ ） 女 ９ — ａ：ｚｊｗ＠１３ｃ 。 ｌ ｚ ｏ
第４ 期
毛雯丽：桥梁钢护栏防撞性能有限元分析
ｌ ５
元进行模 拟 ；支 托按 中心线 尺寸 为 ２０ＩＴ×１０ ８ Ｉ －Ｉ ０ Ｉ ＇ ｌ
寸为 ２ ｌ× ４ ｍ× １ ｍ ０ｎ ｌ ２０ｍ ２０ｍ 。整个模型采用 ４ ｌ Ｔ 根
利用有限元方法分析桥梁结构的动力响应
利用有限元方法分析桥梁结构的动力响应桥梁作为承载道路交通的重要组成部分，其结构的稳定性和安全性对于保障交通运输的顺畅至关重要。
在桥梁的设计和施工过程中，为了确保其在受到外力作用时的动力响应满足要求，有限元方法成为了一种常用的工具。
本篇文章将介绍如何利用有限元方法分析桥梁结构的动力响应。
有限元方法是一种求解结构力学问题的数值分析方法，它将连续体划分为有限个小区域，然后通过对这些小区域的力学性能进行数值计算，得到整个结构的力学特性。
在分析桥梁结构的动力响应时，有限元方法可以考虑各种因素，如自然频率、振型形状、振动模式等，以评估结构的稳定性及抗震性能。
首先，我们需要建立桥梁结构的有限元模型。
在建模过程中，需要考虑桥梁的几何形状、材料特性以及边界条件等。
通常情况下，桥梁可以近似看作是一个三维结构，可以通过虚拟节点和单元网格的方式来划分为有限个小区域。
然后，根据桥梁结构的材料特性和边界条件，对每个小区域进行力学特性的计算和参数设定。
接下来，通过将结构的受力平衡和运动方程转化为矩阵形式，可以得到有限元模型的运动方程。
这里的运动方程可以描述桥梁在受到外力作用时的振动情况。
运动方程的求解通常使用数值计算方法，如有限差分法或有限元法。
利用这些方法，我们可以得到桥梁结构的动力响应，如自然频率和振型等信息。
在进行动力响应分析时，我们可以对桥梁结构施加不同类型和大小的载荷，模拟实际使用情况下的动力作用。
通过分析桥梁结构在不同频率下的响应，可以评估结构的稳定性和安全性。
在实际工程中，这些信息对于桥梁的设计、施工和维护具有重要意义。
除了动力响应分析，有限元方法还可以用于桥梁结构的优化设计。
通过对不同结构参数的变化进行分析，可以找到使桥梁结构在特定工况下具有最优性能的设计方案。
这种优化设计方法可以提高桥梁结构的抗震性能、减小结构的振动响应，从而保障桥梁的安全可靠性。
总之，利用有限元方法分析桥梁结构的动力响应是一种重要的工程方法。
桥梁的有限元分析认识
桥梁的有限元仿真分析土木083班：孙玉宝摘要:通过有限元分析能够得出桥梁的很多参数，通过这些参数来判断设计是否满足要求！比如：施加的张拉力多大合适、桥梁的动力特性等等，有限元分析能够对桥梁修建的全过程进行模拟，包括施工阶段的控制、成桥分析、荷载试验。
有效地利用了高强度的钢筋和混凝土，可以形成比普通混凝土跨度大而自重轻、截面小的承重结构物；可以改善钢筋混凝土的使用性，可以承受相当大的的过载而不会引起永久性的破坏。
关键词：有限元、钢筋混凝土、预应力、有限元分析法。
正文：筋混凝土预应力桥梁的有限元分析研究意义：通过有限元分析能够得出桥梁的很多参数，通过这些参数来判断设计是否满足要求！比如：施加的张拉力多大合适、桥梁的动力特性等等，有限元分析能够对桥梁修建的全过程进行模拟，包括施工阶段的控制、成桥分析、荷载试验。
总之呢意义非凡啊！...预应力桥梁分类：①根据预应力混凝土中预加应力的程度分为：全预应力混凝土（预应力混凝土结构物在全部使用荷载的作用下不产生弯曲拉应力）、有限预应力混凝土（预应力混凝土结构物的拉应力不超过规定的允许值）和部分预应力混凝土（预应力混凝土结构物在主承载方向产生的的拉应力没有限制）；②根据给预应力筋实施张拉是在预应力混凝土结构物形成之前或之后分为：先张法和后张法两种。
在水电工程中大都采用后张法施工；③根据预应力筋与混凝土结构物是否粘结分为：粘结（在预应力施加后，使混凝土结构物对预应力筋产生握裹力并固结为一体）和无粘结（通过采取特殊工艺，使用某种介质将预应力筋与混凝土隔离，而预应力筋仍能沿其轴线移动）两种；④根据施加预应力的混凝土结构物体形特征分为：预应力混凝土板、杆、梁、闸墩、隧洞；预应力桥梁优点：①有效地利用了高强度的钢筋和混凝土，可以形成比普通混凝土跨度大而自重轻、截面小的承重结构物；②可以改善钢筋混凝土的使用性，从而防止混凝土开裂或将裂缝的宽度限制到无害的程度，提高了耐久性；③混凝土的变形可保持在很小的范围，即使是部分预应力，在使用荷载的作用下，承重结构所受拉应力也在允许的较小范围内；④承重结构有很高的疲劳强度。
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第22卷 第1期石家庄铁道学院学报(自然科学版)Vol.22 No.1 2009年3月JOURNAL OF SH I J I A ZHUANG RA I L WAY I N STITUTE(NATURAL SCIENCE)Mar.2009高架桥钢盖梁的承载性能有限元分析孟令强1, 李运生1,2, 王元清2(1.石家庄铁道学院土木工程分院,河北石家庄 050043;2.清华大学结构工程与振动教育部重点实验室,北京 100084) 摘要:通过建立矩形断面钢盖梁板壳有限元模型,分析了钢盖梁承载性能,获得了其最不利受力部位和极限承载力。
四种核心混凝土填充工况的承载性能分析结果表明:钢盖梁核心区内填充混凝土能较好地改善其受力性能、提高其极限承载力并使其刚度增大;核心区混凝土填充量由零增加到0.5H时,钢盖梁极限承载力急剧增大,大于0.5H时,其极限承载力增加很小,根据这一变化,本文推荐的核心区混凝土最佳填充量为0.40H～0.50H。
关键词:高架桥;钢盖梁;混凝土;承载性能;极限承载力中图分类号:U443.22 文献标识码:A 文章编号:167420300(2009)01200382051 引言柱式桥墩是公路梁式桥中大量应用的一种下部结构型式,其盖梁是一个承上启下的重要构件,上部结构的恒载和活载都是通过它传递给墩柱和基础的,盖梁设计是桥墩设计中一个很关键的部分。
过去桥梁设计中采用的盖梁大多为钢筋混凝土盖梁。
钢盖梁是一种新型盖梁,目前国内外专门针对钢盖梁的研究很少,但钢盖梁可视为一种特殊形式的悬臂钢箱梁。
河海大学马敬海[1]通过部分内填混凝土的补强方式来提高钢箱形断面桥墩的抗震性能,并给出了混凝土的最佳填充量。
日本的Naka mura S[2]证明填充混凝土以后窄钢箱梁的弯曲强度和延性都有很大提高,并比较了不同混凝土填充量下窄钢箱梁的弯曲强度和延性。
Naka mura S[3]还对填充灰浆钢管梁进行了研究,结论显示填充灰浆后钢管极限应变是空钢管的两倍多。
本文通过对钢盖梁承载性能的有限元分析表明:钢盖梁内填混凝土同样能改善其受力性能,并能较大的提高其极限承载力,最后根据参数分析结果给出了混凝土最佳填充量。
2 钢盖梁设计概况北京南站环行高架桥均为柱式桥墩(单柱、双柱)。
其上盖梁均为钢盖梁,有联内单排支座矩形断面(宽1.4～1.6m)和联间双排支座梯形断面(宽2.0m)两种截面形式。
40号桥墩钢盖梁为单排支座矩形盖梁,长8.35m,宽1.4m,高1.6m,其上设四个支座,每支座下方设一道横隔板,墩柱上方中间两横隔板间的核心区采用全混凝土填充,为保证混凝土和腹板、横隔板的紧密连接,填充区域的腹板和横隔板设立剪力钉。
该盖梁的具体设计参数为:顶、底板厚32mm,腹板厚30mm,横隔板厚20mm,顶、底板纵向加劲肋尺寸150mm×16mm,腹板竖向加劲肋尺寸270mm×20mm。
经验证该钢盖梁满足规范[4,5]要求。
3 有限元模型的建立3.1 材料特性钢盖梁采用Q345qD钢材,其应力2应变关系曲线采用理想弹塑体的工作曲线,即把钢材的弹性工作阶段提高到屈服点,且不考虑自强阶段。
实际拉伸实验所得该钢材的屈服强度为363.80MPa。
所填混凝土为C40微膨胀混凝土,考虑到混凝土上半部分受拉、下半部分受压,填充混凝土采用文献[6](附录c)规定的单轴拉、压应力2应变关系公式。
收稿日期:2008210209作者简介:孟令强 男 1981年出生 硕士研究生第1期孟令强等:高架桥钢盖梁的承载性能有限元分析39 3.2 单元类型钢盖梁中钢板采用SHE LL43单元,该单元适合模拟线性、弯曲及适当厚度的壳体结构。
钢盖梁内填充混凝土采用S OL I D 65单元,该单元专门用来分析各种混凝土结构,可以考虑混凝土的压碎、拉裂、收缩、徐变。
3.3 有限元模型钢盖梁底与钢管混凝土柱相连接,为反应实际受力状态,采用韩林海[7]核心混凝土本构关系也建立了部分钢管混凝土柱模型。
将钢盖梁中间两横隔板间命名为钢盖梁核心区。
未填混凝土前,该有限元模型边界条件为:钢管混凝土柱下方采用全固结处理,钢管与钢盖梁底板通过共用节点相连接,钢盖梁底板与钢管混凝土间及钢管与钢管混凝土间均通过接触单元(T ARGE170,CONT A173)相连接。
钢盖梁核心区填充混凝土后,除应满足以上边界条件外,还应保证填充混凝土与钢盖梁钢板间的有效连接,具体做法为:腹板、横隔板与核心区混凝土间的接触面上耦合二者间X 、Y 、Z 自由度;底板与核心区混凝土的接触面上耦合二者间Z 自由度;当钢盖梁核心区采用全混凝土方式时,在顶板与核心混凝土接触面上还需耦合二者间Z 向自由度。
分析中,采用支座位置均布加载方式。
设计荷载值取最不利荷载组合值。
杆系有限元模型计算所得图1 40#钢盖梁有限元模型支座1到4的荷载设计值分别为:2944.88kN 、2772.16k N 、2599.48k N 、2427.01kN 。
有限元模型见图1。
4 未填混凝土时钢盖梁承载性能分析4.1 钢盖梁在荷载设计值下的受力性能经分析,钢盖梁有如下几个最不利受力部位:横隔板过人孔上边缘处、顶板与腹板相交处、腹板与底板相交处、墩柱与底板相交处。
分别在最不利受力部位设定相应路径,见图2。
(1)横隔板竖向压应力。
横隔板所受最不利应力为图2 5条路径位置竖向压应力,此时横隔板过人孔上边缘两拐角处竖向压应力最大,在横隔板1、2处该最大压应力分别为206MPa 和209MPa 。
(2)顶板纵向弯曲应力。
顶板所受最不利应力为纵向弯曲应力,此时墩柱正上方顶板与腹板相交处的弯曲应力最大,为78MPa 。
(3)腹板竖向压应力。
腹板所受最不利应力为竖向压应力。
腹板与底板相交处,腹板外侧的最大竖向拉应力达到了146MPa,而此处腹板内侧的最大竖向压应力为289MPa,超过了规范[5]规定的Q345q D 钢材容许应力215MPa 。
内外侧压应力差别较大是墩柱和钢盖梁悬臂长度结构共同作用的结果,该共同作用致使此处腹板内侧产生很大的压应力,外侧产生很大的拉应力。
(4)底板纵向弯曲应力分析。
底板所受最不利应力为纵向弯曲应力。
墩柱与底板相交处,底板外侧的最大弯曲压应力为190MPa,而此处内侧的弯曲拉应力为21MPa,内外侧弯曲应力差较大是由支承结构钢管混凝土柱造成的。
4.2 钢盖梁的极限承载力因一阶屈曲模态最容易出现,所以只对一阶屈曲模态进行分析。
模态分析表明:靠近支座2的腹板40 石家庄铁道学院学报(自然科学版)第22卷竖向加劲肋屈曲最为明显,其次为腹板中部的屈曲,见图4(a )。
当求解结构的极限承载力时,通常对结构施加1/500～1/1000初始几何缺陷。
但分析表明,本文钢盖梁为几何初始缺陷不敏感结构,本文取1/100。
按特征值屈曲分析所得屈曲模态,施加1/100的几何初始缺陷,保持各支座的加载比例不变,求解出该钢盖梁的极限承载力为23278k N 。
荷载2位移曲线见图5。
5 核心填充混凝土时钢盖梁承载性能分析改善钢盖梁受力性能,防止发生局部屈曲的方式有很多种,如增加板厚、增设加劲肋等,本文采用钢盖梁核心区内填混凝土的方式。
为了明确核心区不同混凝土填充量下钢盖梁最不利受力部位应力的改善情况,分五种工况进行比较,核心区未填混凝土定为工况一,其余四种工况的核心区混凝土填充量分别为全填充、0.75H 、0.5H 、0.25H,H 为钢盖梁内净高。
Dong Y .Yoon [8]研究表明横隔板开孔的位置和大小基本不会降低横隔板的承载力,所以本文在对工况定义时未考虑过人孔位置的影响。
5.1 核心填充混凝土钢盖梁的受力性能图3为设计荷载下,不同核心混凝土填充工况对应的钢盖梁最不利受力部位相应路径处应力,路径图3 不同核心混凝土填充工况下相应路径处应力4、5取受力最不利表面。
为便于比较,将五种填充工况下各最不利受力部位处最大应力列于表1中。
表1 受力性能改善情况工况最大应力/MPa 横隔板1横隔板2顶板腹板底板未填-206.17-205.4977.08-280.61-173.28全填-205.75-45.7034.81-76.18-127.540.75H-205.75-175.0043.14-79.82-131.230.50H-205.75-184.0053.41-82.95-133.160.25H -205.95-205.2964.71-95.70-139.86 由图3及表1的分析表明:仅在钢盖梁核心区填充混凝土,对横隔板1受力基本无影响;核心区全填混凝土时在横隔板2、顶板、腹板处应力下降最为明显,因为核心区全填充混凝土时荷载会直接通过顶板传递给混凝土,很大程度上降低了横隔板受力;随混凝土填充量的逐步减少,各部分应力逐步回升,混凝 第1期孟令强等:高架桥钢盖梁的承载性能有限元分析41土对钢盖梁受力性能的改善能力与混凝土填充量不成比例。
核心区填充混凝土也可以在很大程度上增大钢盖梁刚度。
根据规范[5]规定的梁悬臂端部容许挠度值为L/300(L为悬臂长度)求得该钢盖梁未填混凝土时的容许挠度为11.6mm。
最不利设计荷载下、不填混凝土时梁端挠度为18.8mm,需设预拱度,但核心区全部填充混凝土后,梁端挠度仅为6.6mm,钢盖梁刚度提高很多。
5.2 核心填充混凝土钢盖梁的极限承载力全填、0.75H、0.50H三种核心混凝土填充工况的屈曲模态相同,都是横隔板1发生屈曲,护筒屈曲尤为明显,见图4(b);0.25H核心混凝土填充工况下横隔板2下部发生屈曲,见图4(c)。
不同核心混凝土填充量下的屈曲模态分析表明,随核心区混凝土填充量增大,最易屈曲部位由钢盖梁腹板中部竖向加劲肋逐步转移到横隔板2处,再逐步转移到横隔板1处。
图4 不同填充工况下钢盖梁一阶屈曲模态根据以上屈曲模态同样施加1%的初始几何缺陷。
求解出钢盖梁的极限承载力。
各工况下荷载2位移曲线见图5。
该钢盖梁的设计荷载为10743.53k N。
从荷载2位移曲线图上可以看出:未填混凝土时钢盖梁安全储备能力为设计荷载的1.16倍,安全储备能力较低。
全填、0.75H、0.50H三种填充工况提高钢盖梁安全储备的能力相当,为设计荷载的4.2倍,高于0.25H填充工况下的3.4倍。
5.3 混凝土最佳填充量由屈曲模态分析知,随着混凝土填充量的减少,钢盖梁屈曲部位由横隔板1转移到了横隔板2,所以理论上存在一混凝土填充量使横隔板1、2同时发生屈曲,本文采用如下近似的方法来确定此值。
图5 不同工况下的荷载2位移曲线 图6 混凝土最佳填充量的确定分别求出不同核心区混凝土填充量下钢盖梁的极限承载力,将未填、0.15H、0.25H、0.35H、0.50H、0.75H、全填工况对应的极限荷载用平滑曲线相连。