钢箱梁桥的有限元分析

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连续钢箱梁桥有限元模型的建立及施工阶段应力分析

连续钢箱梁桥有限元模型的建立及施工阶段应力分析

连续钢箱梁桥有限元模型的建立及施工阶段应力分析根据X大桥实例,运用有限元软件ANSYS建立西岸水中引桥施工阶段相应工况的精细模型和杆系模型,并对本桥梁施工阶段进行应力分析。

标签:有限元模型;连续钢箱梁桥;应力分析1 工程简介X大桥西岸水中引桥结构形式为等高组合连续箱形梁桥。

桥梁全长480m,计算跨径为79.1m+480m+78.1m,双幅布置,道路平曲线为半径的圆弧。

单箱单室断面,单幅桥宽17m,中央隔离带0.5m,梁高4m,桥面设置2%的横坡。

钢梁为开口槽形截面,顶板板厚20mm-65mm,宽 1.2m;腹板厚度16mm-35mm,曲线内外侧腹板斜率分别为1:2.069和1:2.183;底板板厚14mm-30mm,宽6.6m。

根据板厚以及长度的不同,全桥钢梁共分18种类型。

腹板水平加劲肋采用板式,纵向间断布置,腹板竖向加劲肋采用T型,仅在支点附近布置;底板纵向加劲肋采用板式,沿桥梁纵向连续布置。

在钢梁内部设置横向联结系,全桥包括析架式和隔板式两种类型,除支点位置采用隔板式横向联结系,其余位置均采用析架式。

析架式横向联结系的标准间距为4m,由腹板、底板横向加劲肋、顶板横梁、型钢撑杆组成。

2 有限元模型建立2.1 精细模型运用有限元软件ANSYS建立西岸水中引桥施工阶段相应工况的精细模型。

钢梁顶板、腹板、加劲肋及横向联结系采用she1163单元,网格划分为四边形。

梁底混凝土采用solid45单元,网格划分为四面体。

网格划分边长控制在30cm 以内,保证有限元计算结果的准确性。

全桥钢梁节段类型共18种。

在钢梁处于顶推阶段的最大悬臂状态时,有限元模型为板壳元模型。

就钢梁而言,同时承受着自重荷载及前段导梁的作用。

为了简化模型,将导梁作为集中荷载施加在钢梁前端截面上,竖向力F=-1095.4kN、弯矩M=-21688.9kN、扭矩T=-1.75kN}m。

模型约束条件为,在曲线内外侧顶推设备处,约束竖向平动自由度,沿曲线径向平动自由度。

钢桥面铺装的受力特性与有限元分析

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。

基于有限元分析的不平衡钢箱梁转体临时塔设计

基于有限元分析的不平衡钢箱梁转体临时塔设计
(4)风荷载 Q2。 风荷载强度 W=K1K2K3W0 式中: W——风荷载强度(Pa); W0——基本风压值(Pa),查规范取值 400Pa; K1——风载体形系数,查规范取值 0.8; K2——风压高度变化系数,查规范取值 1.0; K3——地形、地理条件系数,查规范取值 0.9; 其中风荷载强度按地面以上 0.65 倍钢塔高度处取 值。 3.2 荷载组合
表 1 荷载组合表
计算类别 强度计算 刚度计算 稳定性
荷载组合 G1+G2+Q1+Q2
G1+G2+Q1 G1+G2+Q1+Q2
3.3 有限元整体分析
(1) 临时塔的整体分析用 midas civil 进行建模。 (2) 立柱、腹杆均为杆系单元,结构自重按程序 自动计算。 (3)斜拉索采用仅受拉单元模拟。计算模型见图 2~4。
图 4 位移等值线图
根据计算模型提取结构内力,对各杆件进行计算分
析,结果汇总如表 2~3。
表 2 各构件应力结果汇总表
杆件名称
立柱 横撑腹杆 斜腹杆 加强横撑腹杆
材质
Q345 Q345 Q345 Q345
正应力 (MPa)
72.3 72.2 34.7 123.7
剪应力 (MPa)
1.7 19.3 5.9 5.6
由 midas 模型提取计算结果,取最不利组合:
计算系数 μ=2,根据规范取值;
l0=μl= 10000 mm λ=l0/i= 24.04 查规范得 φ=0.974
,截面塑性发展系数; ,抗压强度设计值; kN,参数;
kN, 根据构件最大长细比计算的欧拉力;
kN·m
4 结论 (1)通过 midas civil 建立有限元模型,对临时塔

钢箱梁桥面轻质混凝土剪力钉铺装方案有限元分析及参数确定

钢箱梁桥面轻质混凝土剪力钉铺装方案有限元分析及参数确定

钢箱梁桥面轻质混凝土剪力钉铺装方案有限元分析及参数确定万尧方;付军;向念;杨炎卿;刘卫东;叶梦君【摘要】The mechanical response of lightweight concrete multiple shear rivet pavement on the steel box girder bridge deck under wheel loadingare analyzed by finite element method.Besides,the effects of various distance,diameter,height of shear rivet to pavement,are researched as well as the effects of thickness of lightweight concrete.Then some recommended parameters are put forward for the paving proj ect.%针对钢箱梁桥面的轻质混凝土剪力钉铺装方案,采用三维有限元模型分析车轮荷载下桥面铺装层的力学响应,研究剪力钉间距、直径、高度和轻质混凝土厚度对铺装层控制力学指标的影响,并在此基础上提出了轻质混凝土剪力钉铺装方案的建议设计参数。

【期刊名称】《交通科技》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】4页(P1-4)【关键词】钢箱梁;桥面铺装;轻质混凝土;剪力钉;有限元分析【作者】万尧方;付军;向念;杨炎卿;刘卫东;叶梦君【作者单位】宜昌市中路建设开发有限公司宜都 443000; 武汉理工大学交通学院武汉 430063;武汉理工大学交通学院武汉 430063;宜都市公路管理局宜都443000;宜昌市中路建设开发有限公司宜都 443000;宜昌市虹源公路工程咨询监理有限责任公司宜昌 443000;宜昌市虹源公路工程咨询监理有限责任公司宜昌443000【正文语种】中文当前国内外钢箱梁桥面铺装主要分为单层环氧沥青混凝土、单层浇注式沥青混合料、下层浇注式上层环氧沥青、双层SMA等[1],由于钢箱梁桥本身结构的特殊性及其所处环境的恶劣性,其桥面铺装问题一直是个世界性难题。

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

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。

斜拉桥扁平钢箱梁空间有限元分析

斜拉桥扁平钢箱梁空间有限元分析

weea ay e .no d r oc n ie ea eto so ea jc n o eo t fh ’i e e t n teitma. re f r n lz d I r e o s rt f cin ft da e t n u egr rsci .h e 1f c s t d h h z ot d o n o o
pri ein T e a s e b xgre a e o pra y a l s y dbig betd s rsne;h n ec a d s . h tt l o —i r tr f a il be t e r es jce eetd te i -l tn g l f e — d p t a t l c -a d u wa p i f t ・
文 章编 号 : 17 -4 6(0 00 —0 20 6 18 9 一 1)10 3-5 2
斜 拉桥 扁 平钢 箱 梁 空 间有 限元 分析
宁 立
( 东 省 公 路勘 察 规 划设 计 院有 限 公 司 ,广 东 广 州 5 0 0) 广 5 7 1

要:斜拉桥扁平钢箱梁是空 间复杂受力的结构体系 ,是设计 的关键部位 。本文以一座稀索体系钢箱梁斜
拉桥为背景,建立扁平钢箱梁板壳有限元节段模型 ,对其进行 空间应力分析。考 虑到梁段 以外附近区域 的作
用 ,在 梁 两 端 截 面上 施 加 由 平 面 杆 系 结 构 分 析 所 得 的 端 面 内力 ;另 外 ,恒 载 及 汽 车荷 载也 施 加 在 相 应 的 位 置 ,分析 了扁 平 钢 箱梁 在 最 不 利 荷 载 组合 作 用 下 的 空 间应 力 效 应 ;并 在 考 虑 几何 非 线 性 和 材料 非线 性 的 基 础 上 ,对 扁 平钢 箱 梁 进 行 极 限承 载 力 分析 。为 扁平 钢箱 梁 的 设计 提 供 参 考 。 关键 词 :桥 梁 工程 ;斜 拉桥 ;扁 平 钢箱 梁 ;有 限元 分 析

钢箱梁桥面轻质混凝土剪力钉铺装方案有限元分析及参数确定

钢箱梁桥面轻质混凝土剪力钉铺装方案有限元分析及参数确定

性 能 。 同时高 韧性 轻集 料 混凝土 干表 观密 度 可控
制在 1 9 5 0 k g / m 以 内 ( 加 上 剪 力 件 和 钢 筋 网总 重量小于 2 1 5 0 k g / m。 ) , 相对于 S MA 沥 青 混 凝
施 加 的轮胎 切 向压 力 0 . 4 5 MP a 。汽 车 加 载荷 位 根据 现有参 考 资料 , 考虑 最不 利荷位 , 即沿桥 面横 向荷 载 中心位 于加 筋 肋 中心 的正 上方 , 沿 桥 面纵
采用 B Z Z 1 0 0标 准 车后 轴 的 ~ 侧 轮 胎 加 载 , 考 虑
图1 钢 箱 梁 桥 面 轻 质 混 凝 土 +剪 力 钉 铺 装 结 构示 意 图
通 过 在钢 板上 焊接 剪力 键 、 绑 扎 钢筋 网 , 提高
韧 性轻 质 混凝 土 与钢板 之 间 的抗 滑 移能力 及 协 同 变形 能力 可提 高上 面层 的疲 劳 寿命 及高低 温 稳定
土容重 ( 2 5 0 0 0 ~2 6 0 0 0 k N/ m。 ) 降低 了 1 5 ~
*国家 “ 十一 五 ” 攻关项 目( 2 0 0 6 B AF 0 2 A0 0 ) 资 助
收 稿 日期 : 2 0 1 5 — 0 2 — 1 9
向在跨 中处 , 并 可等 间距 移 至 2横 隔 板跨 中 的不 同位置 进行 加载 计算 。模 型相 关结 构 和材料参 数
钢 箱 梁 桥 面轻 质 混凝 土 剪 力 钉 铺 装 方 案 有 限元 分 析及 参 数 确定 *
万 尧 方 。 付 军 向 念。 杨 炎 卿 刘 卫 东 叶梦君
( 1 .宜 昌 市 中 路 建 设 开 发 有 限公 司 宜都 4 4 3 0 0 0 2 . 武汉 理工 大 学 交 通 学 院 武汉 4 3 0 0 6 3 ;

钢桥面铺装的有限元分析和环道模型设计

钢桥面铺装的有限元分析和环道模型设计

文章编号:0451-0712(2001)01-0024-04 中图分类号:U442 文献标识码:B钢桥面铺装的有限元分析和环道模型设计伍 波,方 萍(交通部重庆公路科学研究所 重庆市 400067) 摘 要:主要介绍钢箱梁的桥面板和沥青混凝土铺装作为组合结构时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,并介绍环道试验模型的设计和计算分析。

关键词:正交异性钢桥面板;沥青混凝土铺装;夹层单元;应力;应变 近年来,随着桥梁跨径的增加对桥跨结构的轻型化产生了进一步的要求。

大跨径的吊桥、斜拉桥普遍都采用了钢箱梁和正交异性钢桥面板作为主梁结构和桥面系结构。

由于钢桥面板的柔度很大和现有的经验化的正交异性钢桥面板的结构设计方法,在正交异性钢桥面板上铺筑的沥青混凝土铺装容易在主梁腹板和有纵、横加劲肋的地方出现裂缝、车辙等损伤。

作为钢桥面板和钢箱梁结构,最忌讳铺装层产生裂缝而导致雨水渗透并锈蚀钢板表面,从而影响作为主梁的钢箱梁的结构性能和使用寿命。

本文着重讨论正交异性钢桥面板和加铺沥青混凝土铺装后的受力特性和计算分析方法,并以环道模型试验设计和计算结果为例,分析在汽车轮载作用下钢桥面板各个结构部位的应力、应变分布状况,为桥面铺装层的结构设计和研究提供一些理论依据。

1 钢桥面板及铺装的结构形式正交异性钢桥面结构既是钢箱梁的顶板同时又是主要的桥面系结构,其力学性能十分复杂。

钢桥面结构主要由桥面顶板和加劲顶板的纵、横肋构成。

长期以来,对正交异性钢桥面板的结构设计,即桥面板厚度、纵、横加劲肋的厚度、结构尺寸和间距等,已逐步形成经验的设计数据。

日本、德国等国家为控制钢桥面铺装的裂缝,对钢板厚度、加劲肋种类及其适用间距也有推荐值并纳入桥面铺装标准。

因此正交异性钢桥面板的结构设计已趋于完善,但沥青混凝土铺装的结构设计和沥青混合料的研究仍然是新的课题,有必要进行深入的研究和发展,从而将钢桥面板和铺装的组合作用进行充分的考虑。

钢箱梁斜拉桥有限元分析的开题报告

钢箱梁斜拉桥有限元分析的开题报告

钢箱梁斜拉桥有限元分析的开题报告一、选题背景随着经济和交通的发展,桥梁在城市交通中的作用越来越重要。

而斜拉桥作为一种重要的桥梁形式,由于其结构简单、美观大方等优点,得到了广泛的应用。

其中,钢箱梁斜拉桥是一种较为常见的斜拉桥类型。

钢箱梁斜拉桥结构是由主梁、主塔、斜拉索组成。

它的主梁采用钢箱型断面,主塔分主塔、辅塔;斜拉索布置在主塔和主梁之间,支撑主梁。

由于钢箱梁斜拉桥存在着高投资、结构复杂等问题,因此在设计和施工过程中需要进行充分的技术分析和研究。

二、选题意义钢箱梁斜拉桥作为现代桥梁中的一种重要形式,具有结构简单、美观大方、使用寿命长等优点。

然而,在施工和使用过程中,容易出现一些问题,如振动、疲劳等,这些问题可能对桥梁的稳定性和安全性产生不良影响。

因此,对于钢箱梁斜拉桥进行有限元分析具有重要的意义。

通过有限元分析,可以对钢箱梁斜拉桥的力学性能进行分析和研究,进一步提高其设计和施工质量。

通过模拟实验和数值模拟的方式,可以预测斜拉桥在不同环境和荷载情况下的响应和行为,并为斜拉桥的设计和维护提供基础和理论支持。

三、研究目的本次研究的目的是对钢箱梁斜拉桥进行有限元分析,通过模拟实验和数值模拟的方式,对斜拉桥在荷载作用下的应力、应变等力学性能进行研究和分析。

并结合实际情况,提出钢箱梁斜拉桥的优化设计思路和方案,为斜拉桥的设计和维护提供科学依据。

四、研究方法本项目采用有限元分析的方法进行研究,主要研究内容包括:1. 通过ANSYS软件对钢箱梁斜拉桥的有限元建模和分析,计算出结构在荷载作用下的应力、应变等力学性能指标。

2. 结合实际情况和分析结果,提出钢箱梁斜拉桥的优化设计思路和方案,进一步提高斜拉桥的结构安全。

五、研究预期成果本研究预期结果如下:1. 通过有限元分析,深入研究钢箱梁斜拉桥的力学性能,提出优化的设计方案和思路,从而进一步提高斜拉桥的稳定性和安全性。

2. 研究结果可以为相关部门制定斜拉桥工程的设计和施工标准提供重要的理论支持和实践经验,有利于斜拉桥的科学建设和维护。

箱型梁桥架装置的有限元分析

箱型梁桥架装置的有限元分析

箱型梁桥架装置的有限元分析张楠;陈志刚;邱燕超;魏震【摘要】对箱型梁桥架装置进行有限元分析.以桥式起重机的箱型主梁和桥架装置为研究对象,利用有限元分析软件ANSYS对箱型梁和桥架装置进行典型工况的有限元分析.通过三维软件建立有限元模型并导入ANSYS中,针对箱型主梁和桥架装置几种不同工况载荷和约束等条件下进行应力和应变分析,并得到变形图和应力分布图进行刚度和强度分析.随后进行提取4阶固有频率和振型进行模态分析,并对结构影响较大振型进行详细分析和说明.研究结果对箱型桥式起重机的桥架装置的设计提供理论依据.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2019(000)006【总页数】3页(P22-24)【关键词】桥架装置;箱型梁;ANSYS;有限元分析;模态分析【作者】张楠;陈志刚;邱燕超;魏震【作者单位】北京建筑大学机电与车辆工程学院城市轨道交通车辆服役性能保障北京市重点实验室,北京 102616;北京建筑大学机电与车辆工程学院城市轨道交通车辆服役性能保障北京市重点实验室,北京 102616;北京建筑大学机电与车辆工程学院城市轨道交通车辆服役性能保障北京市重点实验室,北京 102616;北京建筑大学机电与车辆工程学院城市轨道交通车辆服役性能保障北京市重点实验室,北京102616【正文语种】中文【中图分类】TH16;TH113.1;O3221 引言桥架装置是指桥式起重机在高架轨道上运行的一种机械结构,桥架装置和其上的主梁是桥式起重机的主要组成部分。

有限元分析[1-5]为现代设计去分析复杂结构提供了一种有效的方法,国内外关于起重机桥架装置的设计方法有许多,有些文献[6-8]主要是针对桥架装置的有限元分析,也有针对起重机桥架装置中的主梁有限元分析的研究[9-10]。

针对箱型主梁和桥架装置的有限元分析,其主要包括箱型主梁和桥架装置三维模型的建立、有限元单元的选择和边界条件的设定等分析,随后,对箱型主梁和桥架装置在不同工况下的应力和应变进行分析,以及在模态分析中得出各阶固有频率及振型图,从而了解主梁和桥架装置结构的动力学特性。

三跨连续钢箱梁桥板单元分析

三跨连续钢箱梁桥板单元分析

三跨连续钢箱梁桥板单元分析摘要:应用有限单元程序MIDAS/Civil分析各种荷载工况下的连续钢箱梁,薄壁钢箱梁用考虑横向剪切变形的板进行模拟,比较精确分析出钢箱梁的应力大小及分布,主应力及剪应力均符合要求。

关键词:连续钢箱梁桥板单元有限元对于跨度不大的连续钢箱梁桥,用板单元进行分析能得出应力云图来反映应力大小及分布。

从而分析出薄壁箱梁在荷载作用下的最大主应力及剪应力的所在区域及数值。

本文采用板单元建立模型,对三跨连续钢箱梁桥进行受力分析。

1.板壳基本理论(1)薄板理论薄板理论除采用弹性力学中材料均匀、连续、各向同性和线弹性假设外,通常称为Kirchhoff的基本假定。

(2)中厚板理论考虑横向剪切变形的板理论,一般称为中厚板理论或Reissner理论。

厚板理论是平板弯曲的精确理论。

(3)考虑横向剪切变形的壳理论可考虑横向剪切变形的影响的理论,一般称为Mindlin-Reissner理论,是将Reissner关于中厚板理论的假定推广到壳中。

2.实桥建模与分析2.1 实桥概况实桥为40+65+50m连续钢箱梁桥,单箱三室斜腹板,顶、底板设U型加劲肋板。

钢箱梁采用钢材为Q345D,顶板厚16mm,底板厚24mm,腹板厚16mm。

2.2有限元模型的建立利用MIDAS/Civil建立有限单元模型,单元采用4节点平面应力单元,板厚为考虑加劲肋板,共建立了6506个单元。

如图1所示。

2.3 计算结果分析计算各种荷载工况为自重(ST1),二期恒载(ST2)2.7 kN/,支座不均匀沉降(SM)按10cm考虑,温度荷载(ST3)按整体升温20℃考虑,汽车活载(MV)按双向四车道加载。

进行荷载组合如下:荷载组合Ⅰ:1.2×ST1+1.2×ST2+0.5×SM荷载组合Ⅱ:1.2×ST1+1.2×ST2+0.5×SM+1.4×MV荷载组合Ⅲ:1.2×ST1+1.2×ST2+0.5×SM+1.4×ST3荷载组合Ⅳ:1.2×ST1+1.2×ST2+0.5×SM+1.4×MV+1.12×ST3各种荷载组合下主梁的最大最小主应力及最大剪应力见表1根据《钢结构设计规范》(GB 50017-2003),厚度为16~35mm的Q345钢板的抗拉、抗压和抗弯强度设计值为295MPa,抗剪强度设计值为170MPa。

钢箱梁桥的有限元分析

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。

箱形梁桥的空间有限元分析

箱形梁桥的空间有限元分析

工程设计CAD与智能建筑 2002(6)461 前 言近十几年来,全预应力混凝土的大跨径连续梁或连续刚构桥,在施工过程或使用阶段,比较普遍出现各种不同性质的裂缝问题。

为了从定性或定量上摸清其产生裂缝的原因,从设计、施工和监理各方面进行改进与提高,并为今后的设计提出有效的计算理论与方法,以期改变目前变截面宽翼缘大跨度连续箱梁普遍开裂现象。

浙江省公路管理局、浙江工业大学以及其它一些科研、设计单位共同对此进行了分析研究。

56+80+56m应力箱形连续梁,单幅桥宽道。

挂—120。

2 计算模型的板壳元,度。

全桥划分为56112个单元。

效荷载加在相应的节点和单元上。

全桥立面图见图1,纵向单元划分图见图2,横向单元划分图见图3。

3 载荷工况工况1:自重+桥面铺装+防撞栏杆;工况2:支座沉降1,15#、17#墩沉降1.5cm;工况3:支座沉降2,16#墩沉降1.5cm;工况4:温度1,顶板升温5℃;工况5:温度2,顶底板温差10℃;工况6:活载1,A断面剪力影响线加载;工况7:活载2,B断面剪力影响线加载;箱形梁桥的空间有限元分析 彭卫 张新军 朱汉华浙江工业大学建工学院 浙江省公路管理局【摘要】结合一座实桥的空间有限元分析的结果,探讨了预应力混凝土连续箱梁抗裂设计计算需注意的一些问题。

【关键词】连续箱梁 空间分析 裂缝 板壳元图3 横向单元划分图 表1 56+80+56m单箱双室连续箱梁空间分析截面正应力(MPa) 计算截面 计算位置 组合一 组合二 组合三 组合四 组合五 顶板 3.09 7.86 4.45 4.76 4.62 A断面(距15#墩4.5m) 底板 1.94 1.86 -1.69 1.15 -1.99 顶板 4.95 7.85 7.80 8.45 8.39 B断面(距15#墩右L1/4) 底板 3.46 -3.56 -3.98 -4.64 -5.02 顶板 5.88 9.17 9.30 10.12 10.26 C断面(边跨跨中L1/2) 底板 4.39 -0.92 -1.30 -2.33 -2.58 顶板 4.93 4.03 3.84 5.02 4.79 D断面(距16#墩左L1/4) 底板 4.51 6.54 7.01 5.44 5.91 顶板 4.66 2.87 2.63 3.72 3.49 E断面(距16#墩左4m) 底板 6.13 8.50 9.02 7.65 8.18 顶板 4.60 3.51 3.10 4.33 3.91 F断面(距16#墩右4m) 底板 6.15 8.30 8.85 7.49 8.03 顶板 4.95 5.82 5.89 6.65 6.72 G断面(距16#墩右L2/4) 底板 3.88 3.33 3.49 2.42 -0.30 顶板 5.55 9.72 10.35 9.84 10.49 H断面(中跨跨中L2/2) 底板 6.03 -3.94 -5.60 -4.19 -5.85 注:表中应力正值为压应力,负值为拉应力。

钢箱梁桥的有限元分析

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。

钢箱梁正交异性板受力的有限元分析

钢箱梁正交异性板受力的有限元分析

钢箱梁正交异性板受力的有限元分析摘要:针对钢箱梁正交异性板结构,建立有限元模型,并进行了计算分析和实测对比。

结果表明,(1)相对于传统解析法,有限元法能较好的模拟钢箱梁正交异性板的实际受力状态;(2)在钢箱梁正交异性板局部加载中,最不利的横向荷位为加载在U肋之上,且轮位中心处应力值最大;(3)纵向最不利荷位为横隔板中间处,最大应力值在中间轮外侧;(4)钢箱梁正交异性板整体刚度较大,横向车辆增加时对应的应力增加并不明显。

关键词:钢箱梁正交异性板,有限元法,不利荷位,健康监控1.引言正交异性设计应用始于二战后的德国,而我国的应用始于20世纪80年代,到90年代才开始大规模的使用,并得到迅速发展。

迄今为止,我国已建造的采用正交异性钢桥面板的桥梁有30 余座[1][2],更是促进了正交异性钢桥面的发展和应用。

这些大跨度斜拉桥和悬索桥主要采用钢箱梁,正交异性板除作为桥面外,还是主梁截面的组成部分,它既是纵横梁的上翼缘,又是主梁的上翼缘,传统的分析方法是把它分成三个结构体系加以研究,即:主梁体系、桥面体系和盖板体系[3]。

随着有限元技术的逐步成熟,研究人员越来越倾向于运用有限元法来分析研究,而且利用有限元分析法可以较好的模拟钢箱梁正交异性板整体受力特点[4]。

为此,本文以军山大桥钢箱梁正交异性板为研究对象,利用有限元法分析其整体受力特点,为该结构形式的设计与健康监控提供参考。

2.局部加载模型及有限元计算2.1 有限元模型建立参数取军山大桥A类梁段构造,沿钢箱梁纵向取4×3m(含3个横隔板,横隔板间距3m)作为计算分析对象,整个模型纵向长12m,横向对称的取钢箱梁一半,除没有考虑横隔板的人孔和各构件之间的焊缝外,有限元模型真实地模拟了12m 长的钢箱梁节段,包括横隔板上的加劲肋、U肋、纵隔板及其他加劲肋。

实桥钢箱梁有限元模型见图1-1所示,其中钢箱梁采用shell181板壳单元模拟,桥面沥铺装层采用solid65实体单元模拟,泊松比0.2,密度1200kg/m3;纵向一端约束Ux、Uy、Uz,另一端约束Ux、Uy,横向对称约束。

变截面钢箱梁人行天桥的有限元分析

变截面钢箱梁人行天桥的有限元分析

系, 人行天桥 在城 市交通 中的作用 日显重要 。随着经济 和社会 的 扶手水平线荷载以及重力等各种荷载组合作用下 的受力状况。 发 展进 步 , 人们对 城市 建设 的审美 要求 日渐 提高 , 人行 天桥 的设 2 设 计依 据 计 理念也发生 了很大 的变化 。设计 人员开始 注重结 构细部 设计 , 2 1 基 本设 计 资料 . 人行天桥上部结构 采用 变截 面钢箱梁 , 高 8 0mm, 梁 0 箱梁 全 崇 尚以人 为本 , 强天 桥与周 边环 境 的协调 一致 , 加 在设 计 中融合 全长 2 .7 2 8 0m。箱梁设置预拱度 3e m。钢 箱梁一端 与 体现 高技术 与新结构 的形式美 , 使天桥成 为塑造城 市景观 的重要 宽为 4m, 另 支 元素 。同时科 学技术的不断发展 , 材料 、 新 新工 艺不 断涌现 , 修建 主梁桥 墩 顶 钢 板 焊 接 , 一 端 简 支 在 车 站 牛 腿 上 , 座 采 用
为液 灌注加 固法 。 过工程地 质勘测和土工试验 , 根据土层 条件 , 结合上 部构造 物 , 当
交通 出版 社 。0 0 20 .
凝胶 剂 , 填充孔 隙 , 增强土颗粒 间的联结 而达到加 固 目的 , 以称 [ ] 江祖 铭 , 崇礼 . 可 2 王 公路 桥 涵设 计 通 用 手册 《 台与 基 础》 墩
采用挂 篮悬臂 现浇施工法 , 从边跨 向中跨合龙顺序对称 施工 。
主墩为 钢筋 混凝 土薄壁墩 , 2号 、 3号 、 4号 墩纵桥 向 主 主 主
验进行 修正 。
本 桥采用悬臂浇筑方法施工 , 据定性分析 确定初 步的桥 根
按初 步确定 的施工 程序 进行计 算 , 根据计 算 结果 调 宽 2 8m, . 横桥 向宽度为 6 5m, . 其中 主 2号 、 3号 、 4号墩 与 梁施工程序 , 主 主 整初步 确定 的施 工程 序 , 反复进 行 , 最后 确定该 桥 的全桥 仿真 理 梁体 固接 , 下设 3 5m高承 台配 4 . . 5m基桩 , 1号、 5号 墩 主 主 5个 。 顶设置支座 , 1号和主 5号墩纵桥向宽度为 20 m, 主 . 横桥 向宽 度 论计算 工况为 1 。施工阶段划分表见表 1 为 6 5m, 1号 、 5号墩 基础 为 2×61. . 主 主 , 5m灌 注桩 , 台高 , 1 承

铜陵长江公路大桥钢吊箱三维有限元分析

铜陵长江公路大桥钢吊箱三维有限元分析
北京 :中国水利水电出版社 ,2007.
(上 接第 117页 )






口O
料的前提下采取措施加大底板 的抗剪应力。从上述
(参 考文 献)
工况 的分 析计 算结 果可 知 ,钢 吊箱 结 构整 体在 几种 主 要 工 况下 的强 度 和刚度 都 能满 足要求 ,也 即所设 计 的 钢 吊箱结 构形 式 和构件 截 面能满 足要 求 。
[J].施工技术 ,2005,34(1):12一l4. 骆艳斌 ,徐 伟 ,宋 灿 .不 同形 状钢 吊箱 动力特 性 比较分 析 [J].结构工程师 ,2006,22(3):41—45,27. 黄鸿祺.深 水墩钢 吊箱 围堰施 工过程有 限元 分析[D].上 海 :同 济大学 ,2007. JTG D60-2004公 路 桥 涵 设 计 通 用 规 范 [S].
计 [J].水利信息化 ,2010(1):4O一43. [6] SL583-2012,泵站计算机监控与信息系统技术导则[s]. [7] DL/T 5O65—2009,水力发电厂计算机监控系统设计规 范[S]. [8] GB 50265-2010,泵站设计规范 [s]. [9] GB 50115-2009,工业电视 系统工程设计规范[S]. E1o] 周小兵 ,张立德 ,刘广林 .长距离 调水工程管 理信息系 统[M].
[7] 王小雷.打裂压稳结合应 力吸收层在 水泥混凝 土路 面改造工程 中的应用 [J].交通世界 (工程技术),2015(11):128—129.
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[9] 周松涛.旧水泥混凝土路面打裂压稳技术 的应用 [J]为钢 吊箱 设计 施工 提供 很 大 的参 考和 指导 作用 。

大跨度宽幅钢箱梁桥外伸横梁有限元分析

大跨度宽幅钢箱梁桥外伸横梁有限元分析

作者简介:刘勇(1980—),男,高级工程师,研究方向:桥梁工程。

大跨度宽幅钢箱梁桥外伸横梁有限元分析刘 勇,翟志雄,郭俊峰(武汉市政工程设计研究院有限责任公司,湖北 武汉 430015)摘 要:武汉光谷大道南延(三环线—外环线)工程第一标段主线高架桥GN4联为(45+67+70+46.5)m 四跨连续钢箱梁桥,因跨越滨湖路及地铁秀湖站,墩柱布置位置受到限制,中间两跨采用大跨径,地铁站区间范围内由于无法布设桥墩及桩基而采用外伸横梁。

外伸横梁由于跨度较大,横梁较长,对于简支横梁而言横向有很大的下挠,且外伸横梁与纵向主梁在边腹板的交界处由于刚度的不匹配(横梁的刚度远大于主梁纵向腹板的刚度),导致横梁与边腹板的交界区域受弯-扭耦合作用,受力复杂,故对本类型桥梁结构的纵横向受力进行综合分析,研究桥梁的受力性能,确保其运营安全是一个重要的问题。

文章采用Midas 有限元软件,主梁与横梁单独计算,先建立连续钢箱梁桥单梁模型,提取支反力,以荷载的形式施加到横梁腹板位置处,并建立全桥实体模型进行对比,开展大跨度宽幅钢箱梁桥外伸横梁受力情况精细化有限元分析。

结果表明:GN4联采用竖向变截面,受力性能较好,支点横梁结构应力、挠度、空间变形和支反力均满足设计规范要求;外伸横梁横向下挠导致外伸横梁区域附近的两外侧腹板受力明显大于中间腹板。

关键词:大跨度;钢箱梁桥;外伸横梁;有限元分析中图分类号:U441 文献标志码:A 文章编号:2096-2789(2020)05-0022-02文章以武汉光谷大道南延(三环线—外环线)工程第一标段主线高架桥GN4联四跨连续钢箱梁为背景,采用Midas 有限元软件,先建立连续钢箱梁桥纵向单梁模型,提取荷载,然后单独建立外伸横梁精细化模型,并建立全桥实体模型与以上杆系模型计算结果进行对比,开展连续钢箱梁桥外伸横梁有限元分析。

分析成果为大跨度、宽幅钢箱梁桥的设计提供参考。

1 设计概况1.1 工程概况武汉光谷大道南延(三环线—外环线)工程第一标段光谷大道主线高架桥GN4联跨径布置为(45+67+ 70+46.5)m=228.5m 的四跨连续钢箱梁桥,其中GN15、GN16号墩为避开地铁站,桥墩及桩基布置在桥梁横断面外侧,其中GN15两墩柱中心的距离为31.5m ,对应该支点处外伸横梁总长为33.5m ;GN16两墩柱中心的距离为31.2m ,对应该支点处外伸横梁总长为33.2m 。

西城大桥箱梁节段结构有限元分析

西城大桥箱梁节段结构有限元分析

西城大桥箱梁节段结构有限元分析第08卷2008年第3期3月中国水运ChinaWaterTransportVoI.8MarchNo.32∞8西城大桥箱梁节段结构有限元分析林起彬(南平市延平区西区开发5-程管理中心,福建南平353000)摘要:采用ANSYS有限元软件,计算分析了西城大桥的加劲钢箱梁节段在恒载和车辆活载作用下的应力状态,以此作为用于加劲钢箱梁长期健康监测的应变传感器布设的依据。

关键词:西城大桥钢箱梁ANSYS分析应变传感器中图分类号:U448.4+3文献标识码:A文章编号:1006—7973(2008)03-0088-02现代悬索桥由于大跨度、高柔、服役环境条件复杂等特点,尤其是作为交通生命线的特点,有必要对其施工和服役阶段进行实时的结构健康监测。

西城大桥为主跨312m的双塔单跨悬索桥,承载的主体结构是索塔和主缆,加劲钢箱梁和吊杆主要起传递荷载的作用。

对加劲钢箱梁的应力状态进行实时检测,可以分析评估钢箱梁的局部应力集中情况、车辆偏载下的约束扭转性能、整体与局部稳定性等;对吊杆的应力状态进行实时检测,可以分析评估其疲劳状况。

本文取出钢箱梁节段及其上的锚箱耳板,对其在恒载与车辆活载作用下的应力状态进行三维有限元分析,对用于钢箱梁和吊杆长期健康监测的应变传感器布设方案提供依据,验证其合理陛。

图1钢箱梁节段有限元分析模型侧视图及剖视图图2钢箱梁节段中间部分顶板仃:(沿桥长方向)图3钢箱梁节段中间部分顶板。

x(沿桥宽方向)一、计算模型对西城大桥进行局部的三维有限元计算.分析钢箱梁的应力状态,选取合理的计算模型和约束条件至关重要。

西城大桥主梁采用流线型扁平钢箱梁。

要分析钢箱梁截面的应力分布,不能只取一个钢箱梁节段,因为一个节段两端的约束条件不便确定。

在此取出三个相邻的钢箱梁标准节段(B类),共计48m,根据圣维南原理,两端的约束条件对所关注的三个节段的中间截面附近的应力状态的影响就比较小,在此将两端的边界条件取为简支。

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

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。

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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。

例如连续梁可采用满堂支架法和悬臂拼装法,两者成桥后的应力状态却有较大的区别。

因此必须针对特定的施工方法,对施工过程中每一个施工阶段的结构应力进行计算,确保各个阶段的应力满足相关规范。

由于在制造和安装等原因,结构的最终状态会与设计状态有一定的差异,各国都通过制订有相关的规范来指导施工和竣工验收的标准。

这些标准规是通过长期的实践与试验以及计算分析的基础上得出的,满足这些相关规范的要求一般就可以保证结构的安全性。

但是由于实际结构是受力复杂的空间结构,特别是结构的一些局部范围可能在某一工况下处于较高的应力状态,而其他部为却处于相对较低的应力状态,这样不利于充分发挥材料的力学性能。

现在可以通过大型通用有限元软件对大桥在使用过程中可能存在的各个工况的受力状态进行仿真分析,确定出结构不利的部位以及富余较大的部位,便于调整设计。

1.1本论文的研究目的常用的计算机方法是将主梁转换成具有等效截面的梁单元计算,这种方法能够较好的从整体上考虑结构的空间特点,虽然也反映了空间结构的特点,但是它也存在以下明显的不足:1. 不能准确模拟边界条件。

例如支点的约束,梁单元通常只能简化为一点的约束,但是不管什么样的约束实际结构总是以面接触来实现的;2. 平截面假定;3. 对构件的一些细部构造不能够真实反映(如变截面问题、畸变、横隔板的作用等);4. 作为空间结构全桥各组成体系间的互相作用难以准确考虑。

基于以上原因,若想准确详尽地模拟全桥并得到相对精确的计算结果,需要结合桥梁的特点采用合适的单元类型,钢桥仿真通常采用板桥单元或实体单元。

本论文将根据有限元法的理论,采用板壳单元,结合一座三跨连续钢箱梁,进行仿真分析。

1.2 钢箱梁桥的结构特点现代钢桥从截面形态分主要有以下几种形式:板梁桥、精梁桥和箱梁桥。

箱梁桥是具有薄壁闭口截面主梁的桥梁的总称。

钢箱梁以带有加劲肋的钢板做成四壁,在转角处互相焊接成为整体。

和混凝土箱梁不同,钢箱梁的腹板、顶板和底板很薄而且刚度不大,同时焊接强度有限,所以不适宜承受大的局部弯曲。

因此必须采取加劲肋措施,一般称之为正交异性板。

但是这样连续的钢箱梁主截面只能承受纵向弯曲应力和剪应力,无法抵抗扭转和畸变,因此需要沿顺桥向每隔一定间距沿横向布置整块钢板形成横隔板抵抗扭转和畸变,保持箱梁的轮廓。

由于箱梁壁板不厚,加劲材料不论是纵向加劲肋还是横隔板,还是不能均匀分布扭转产生的单位应力,但是钢材是一种容易实现应力重分布的材料,按照以上的布置仍能够作出合理的设计。

钢箱梁桥由钢板组合而成,截面组成形式比较灵活,一般根据桥面的宽度和跨度以及活载的大小决定各个板的厚度和构造形式。

如单箱单室和单箱多室,多箱单室和多箱多室,具体情况可根据实际情况而定。

世界上第一座箱梁桥是1850年英国建造的Britania铁路桥,跨度142m。

但是箱梁桥的真正快速发展却是一个世纪以后,在欧洲架设了若干座现代大跨钢箱梁桥,例如德国1948年重建的三跨连续梁桥Koln一Deutz,跨度为132.12m+184.45m+120.73m。

工程领域逐渐认识到钢箱梁桥的优点,并在设计理论得到快速发展。

1.3 箱梁桥的优点箱梁桥与其他类型的桥梁相比有如下优点:1.箱梁桥具有较大的抗扭刚度和抗弯刚度,更适用于曲线梁桥。

直线桥在偏心活载作用下,其横向的荷载分配是良好的。

即在单室箱梁中,两个腹板弯曲应力相差很少,上下翼缘弯曲应力也几乎相等。

如图1所示,当单位集中力沿横向移动时,两侧腹板应力几乎没有变化。

与此相反,在双主梁桥中,左侧腹板上作用有荷载时,右侧腹板中没有应力;图 12. 箱梁桥的翼缘宽度要比工字形截面板梁桥大的多,因而,薄的翼板也能很好的抵抗弯曲应力。

工字形板梁桥随着跨度的加大,翼缘板要加厚,且需要高强度钢材。

一般来讲,箱梁桥与同样跨度的工字形梁桥相比,主梁高度低;3. 从箱梁结构来看,无论是承受竖向偏心荷载还是水平荷载,都能作为一个空间结构来抵抗外力,能发挥各个杆件的力学性能,没有所谓的零杆;4. 箱形截面底板与顶板具有较大和相近的面积,能够有效的抵抗正负弯矩,适应具有正负弯矩的结构,如连续梁、拱桥、斜拉桥等,也适应于主要承受负弯矩的悬臂梁、T 形刚构等桥型。

为增强钢梁的整体,提高梁体抗失稳的能力,每隔一定间距应设置一横隔板。

为传递支座反力,支座所在位置的应予以加强。

为保证顶板、腹板和底板的屈曲稳定性,均应设置纵向加劲肋。

纵向加劲肋的基本形式有两种:开口式和闭口式。

开口式加劲肋易于工厂制造,闭口式加劲肋具有较大的抗扭刚度,屈曲稳定性较开口式加劲肋好;5. 箱梁的高度低,整个结构纤细,线条平顺、流畅,外形轻巧美观;6. 能够很好地适应布置管线等要求。

2.箱梁的分析计算箱梁梁桥是空间受力结构,按照受力情况的不同分为:在一个主平面内受弯的梁叫单向弯曲梁,在两个主平面内受弯曲的叫双向弯曲梁。

当外荷载P 作用于剪力中心时,和其他形式的桥梁没有什么区别。

在这种荷载状态下,主要产生弯曲正应力和剪应力。

由于箱梁是闭口截面,它的剪应力计算是超静定问题,剪应力计算比开口截面复杂些,需要根据薄壁结构理论计算。

当外荷载P 作用点偏离剪切中心e 时,可将外荷载等效为通过剪切中心的荷载与绕剪切中心的扭矩(T=Pe )。

钢梁桥设计时,梁的正应力、剪应力、局部压应力均不应超过规范规定的强度设计值。

如果在梁的某些部位(例如梁的截面改变处、连续梁的支座处等),上述三种应力或其中两种应力都比较大时,需验算折算应力。

长期承受反复荷载的梁还必须验算疲劳强度。

为保证主梁的安全、经济和适用,钢梁桥的计算一般包括以下内容:2.1 正应力计算在梁的强度计算中,假定钢材为理想的弹塑性体,在弯矩作用下,截面的正应力的发展过程可分为三个阶段: (1)弹性阶段 (2)弹塑性阶段 (3)塑性阶段。

实际上,在一般梁的截面中还存在剪应力,局部压应力和残余应力等,在复杂应力状态下,梁在形成塑性铰之前就已达到极限承载力。

一般常以边缘最大应力达到屈服点作为强度极限状态。

梁受弯时,随荷载的增加截面中正应力发展过程分为弹性、弹塑性和塑性三个阶段。

对于承受静力荷载或间接承受动力荷载的梁,一般不利用完全塑性的极限弯矩,而只允许截面有一定程度的塑性发展。

一般计算按照刚性截面假定的纵向分析方法计算出截面内力,内力包括M 、Q 、T 和B ω等,然后分项计算各种内力引起的应力,最后再考虑界面的畸变的影响。

钢箱梁在任意荷载作用下,引起的横截面的应力状态为:M d ωωσσσσ=++式中:M σ—— 弯矩引起的截面正应力;ωσ——截面刚性转动时翘曲双力矩B ω引起的正应力;d ωσ——截面畸变双力矩d B ω引起的正应力。

但是对于直接承受动力荷载的梁,根据《钢结构设计规范》(以下简称《钢规》) 和《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(以下简称《桥规》) 中梁的正应力计算,不允许利用截面塑性,因此采用如下的计算公式:单向弯曲时 []M Wωσ≤ 双向弯曲时[]y x x yM M C W W ωσ+≤ 式中: M 、x M 、y M —— 检算截面绕主轴的计算弯矩;W 、x W 、y W —— 对主轴的抵抗矩,检算受拉翼缘为净截面抵抗矩,检算受压翼缘为毛截面抵抗矩;[]ωσ—— 钢材弯曲基本容许应力;C ——双向弯曲时容许应力增大系数,2110.3 1.15m m C σσ=+≤ 其中 — 1m σ、2m σ为由弯矩产生的较大和较小应力。

2.2 箱梁剪力滞效应在宽跨比较大的情况下,箱梁在纵向弯曲荷载作用下,即使是在对称荷载作用下,也会出现由于上下翼板的剪切扭转变形,使远离箱肋板处的纵向位移滞后(或超前)于肋板边缘处,因而造成翼板内的弯曲应力呈曲线分布,宽箱梁中剪力滞效应尤为明显。

剪力滞效应会导致结构某一部分应力过分集中,造成结构地失稳或局部破坏,是一个不可忽略地重要问题。

这时梁的简单弯曲理论已经不适用于宽箱梁的翼板受力分析。

剪力滞有正剪力滞与负剪力滞两种类型,影响剪力滞的因素较多,通常包括宽跨比、约束类型以及荷载类型和作用点等因素。

分析弯梁桥剪力滞的方法很多,如有限元法、折板法、变分发等。

但是想要通过某一公式定量的得到任意一座桥的剪力滞系数,目前还存在较大的难度。

从工程设计角度出发,通常仍采用“翼缘有效分布宽度”的方法进行处理,但不能直接采用T 梁翼缘有效分布宽度的计算方法,还必须根据计算截面的位置以及梁桥的类型等确定有效宽度。

例如英国规范BS5400中就钢桥考虑剪力滞后而提出的有效宽度的计算方法,它就是考虑了翼板与腹板之间的相互关系以及截面所处位置和桥型来确定。

2.3剪应力计算《桥规》中的剪应力计算公式如下:max []r m QS C I ττδ=≤ 式中:Q —— 计算截面沿腹板平面作用的剪力;S ——计算剪应力处以上毛截面对中性轴的面积矩;m I ——毛截面惯性矩;δ—— 腹板厚度;[]τ—— 钢材抗剪基本容许应力;r C —— 剪应力分布不均匀容许应力增大系数,当max / 1.25o ττ≤时,r C =1.0;max / 1.25o ττ≥时,r C =1.25max /o ττ在1.25与1.50之间时,r C 按比例计算;o Q h τδ=,h 、δ 分别为腹板高度和厚度。

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