ANSYS在大型钢结构予拱设计中的应用

面采用 Ｂ ａ ｅ ｍ４单 元， 楔形箱柱 采用 Ｂ ａ ４单元 ， ｅ ｍ４ 撑杆 为 Ｌ ｋ ｉ ８单 ｎ １国内外钢结构制造线形控制的一般方法 元， 下弦拉索采用 Ｌ ｋ ０单 元。 ｉ １ ｎ 美 国建 成 的桥 梁 也 采用 预 拱 的 方法 ， 虹桥 建于 １ ４ １年 ， ９ 位于 加 根据 会展 中心施工图纸 ，箱梁截面特性计入 了纵 向加劲角钢对 拿大 与 美 国 的 边境 上 ， 越 尼 加拉 河 ， 公路 钢 拱桥 。该 桥 有 两 片拱 跨 系 截 面 积和 对 抗 弯 刚 度 的 贡献 。 肋， 每片拱助为箱形截面 的板拱。拱肋上下翼缘布置有纵向联结 系， 箱梁和钢棒 自重以均布荷载的方式施加 ，箱 形檩条则以集 中力 两肋 之间设有横联 ， 该桥跨长为 ２ ０ 矢高 为 ４ ｍ， ９ ｍ， ６ 两拱肋 中至 中 的方 式施 加 在 节 点 上 。 为 １ ．ｍ。为使拱 肋轴 线在恒裁作用 下符 合设计的拱轴 ， 制造 时 １ ７ 在 钢材按 “ 结构设计说明” 取值 ， 板材 ＝ ６ Ｍ ａ 钢棒 ＝ ６ Ｍ ａ ３０ｐ ， ４０ ｐ ； 有意地把拱肋增长 ， 在架设拱肋时 ， 于拱肋合拢处（ 在供项 ） 装置千斤 弹模 均 取 Ｅ ２ ｘ ０ 口 ＝ １ｌ 。 顶， 对拱 肋进行应力调 整 ， 使拱肋 受到压缩 ， 让压缩量恰等于全部恒 ２４预拱值确 定方法 因结构存在几何 非线性 ， － 确定预拱值 引入 裁作用下的拱肋压缩量 ， 这样就能使实际 的拱轴线在恒裁作用 下符 了迭代过程 ， 有两种迭代方法 ： 合 设 计 的拱 轴 线 。 ２４１反 向加载求预变形值 是较简单的方法 ，但本工程结构同 ．． 国内 ， 在成 昆铁路线上修建 的四座跨度 为 １ ２ 栓焊刚性梁柔 ｍ １ 时存在着几何非线性和状态非线性， 特别是状态非线性， 即钢棒不能 性拱桥的上拱度也按 圆曲线设置。 因桥面 系设于 刚性梁 的上 弦， 故 受压 ； 正 、 向结 构 自重 的作 用 下 ， 该 方 法 求 反 变 形 存 在 着 结 构 在 反 用 让上弦杆的理论长度保持不变而让下弦杆 的理论长度每 １ ｍ 缩短 ６ 体 系的转换 ， 算法可能不收敛。 ８ ｍｍ， 即在 大节点处让 下弦杆 的栓孔起线每侧各缩短 ４ ｍｍ。 拱肋杆 ２４２ 将原结构在竖向 自重作用 下的变形值 ，反号累加到原结 ．． 件的理论长度也相应地伸长 ， 但各杆件伸长数值不等。 构上 ， 即为结构 的初始预拱值。但因存在几何非线性 ， 初始预拱值 只 新建成的深圳市彩虹大桥 为跨径 １ ０ 的下承式钢管混凝土 系 ｍ ５ 是近似的数值 ， 可通过迭代计算消除几何 非线性的影 响， 达到求解预 杆拱桥 ， 矢跨比 １４５ 拱轴线采用悬链线。为了使主桥及桥面的受力 ／．， 拱值 的目的， 本工程采用该方法。 合理 ， 线形美观 ， 主拱和桥 面均设置 了预拱。主拱按 Ｕ６ ０ ２ ０ ０ （５ ｍｍ） 结构在 自重作用下处于弹性工作状态，计算中不涉及材料非线 二次抛物线设置预拱度 ， 桥面的预拱度 为 ＝ 击× ×ｌ 。 ｏ １ ５ 性。 对简支桁架桥和预应力混凝土受弯构件 ， 《 按 桥规》 规定 ， 预拱度 迭代示意如 图 ３所 示，图 ３中的水 平轴为设计 要求的初始状 曲线应与恒载和一半静活载所产生的挠度 曲线基本相同 ， 方向相 而 态， 竖轴 为结构的挠度 。 反 预拱度应作成 平顺 的曲线。理论上 有很多方法求解结构的挠度 曲线如 ： 虚功原理、 单位荷 载法 、 互等定理、 求解梁的挠曲线微分方程 Ｊ Ｊ ≥ ｌ Ｌ ｎ ｒ ＼ Ｊ 法、 叠加法、 弯矩一 面积法 ， 在本文 中采用 有限元直接计 算的方法求 Ｉ ｒ 解结构变形。 一 『 ， ２ 展 览 厅 Ｓ ８ ８Ｇ Ｅ １ Ｔ ０ ／ ｄ 一 梁 预 拱 设计 Ｄ钢 上 ∈ 、 深 圳 会 议展 览 中 心是 一座 造 型 简 洁 独特 ， 势 庄 严 宏 大 的现 代 气 高科技建筑产品。 其展览厅 Ｓ Ｓ ８Ｇ Ｅ １ Ｔ ０ ／ Ｊ 一 Ｄ钢梁截面形式为箱梁截 ｆ， １ （） ２ （） ３ ｆ ） ４ （ ５） （） ６ （） ７ （ ８ 面宽 １ ０ ｍｍ， ２ ０ ｍｍ， ０ ０ 高 ６０ 双腹板 外侧距离为 ８ ０ ０ ｍｍ ； 翼缘厚 为 图 ３预拱值迭代示意图 １ ～２ ｍｍ， ８ ４ 腹板厚 为 １ ６～１ ｍｍ。展 览厅长约 ５ ０ 宽约 ２ ２ ８ ４ ｍ、 ８ ｍ、 状 态（ ） １ 为结构在 自重作 用下 的最终状 态 ， 即设计要 求的初始 高 约 ３ ｍ。 ０ 状 态（ 原结构 ） 。找形 目的是要 求得状态（ 使之在 自重下的结构几 ７Ｊ ， 根据工艺要求 ： 展览厅主梁安装分为如下两个阶段 ： 何状 态（ ） ８ 与初始状态（ ） １ 在误差允许 的范 围内， 本工程允许误差值 第一阶段 ： 带钢棒梁结构在梁 自重和檩 条自重的作用下 ， 结构 由 定 为 ００ ｍｍ。 ．５ 预 拱 状 态恢 复 到 设计 要 求 的预 拱 状 态 ， 时 释 放 牛 腿 支 座 处 的 水 平 同 本工程对箱 梁提供 了两种 形式 的预拱值 ：节点预拱坐标和多项 力 ： 时 的支 座 约 束 为 ： 端 滑 动支 座 ， 面 不 动 铰 支 座 。 此 上 地 式描述 的数学方程 对拉杆下端和楔形柱则只提供预拱 的节点坐标。 第 二阶段 ： 固定牛腿处 的水平位 移 ， 进一步 完成 屋面结构 的安 ２５ 坐标 和 单 位 约 定 本 工 程 的坐 标 定 义 如 下 ： ． 装 ： 时上 下 端 支 座均 为 不动 铰 支 座 。 此 展厅水平轴（ Ｘ轴 ） 相 对 标 高 ４ ． ０重 合 ， 轴 （ 与 － ０ ０ ０ 竖 Ｙ轴 ） 与 Ｅ 则 ２１ 荷 载 值 ． 的考 虑 箱 梁 、 钢 棒 自重 ＋ ｍ 箱 形 ６ 檩 条 自重 （６ Ｎ） １ｋ ＋ ４ 箱 形 檩 条 ２ｍ 自重 （０ Ｎ） ８ｋ ； 图 １展览厅主梁结构 ： 荷载采用标； ， 隹值 自重密度为 ７ ５ ｋ ／ 。 ８ ０ ｇｍ。 ２２ 有限元分析及预拱值 的数学描述 －
Ａ Ｓ Ｓ在大型钢结构 予拱设计 中的应 用 ＮＹ
陈倩 清 （ 浙江国际海 运职业 技术学院 船舶工程学 院）
摘要 ： 在铁路桥 梁中对桁梁挠度 的限制可 以改善线路的运行质量 ， 同时 ２３ 分析 方法和计算简 图 展览厅 的有 限元 分析模 型的几何尺 ． 也会使高强度钢材的使用受到 １￥ 。如果在 限制挠度的同时， ３ ９ Ｅ 再把桁梁预先 寸 及 边 界 条 件 图 ２所 示 ， 下 端 铰 接 ， 端 滑 支 于 钢 筋 混 凝 土 牛腿 梁 上 做成 向上拱 的曲线 ， 使列车过桥时线路转折角小 ， 线路平顺 、 旅客舒适。 因此 ， 上。 施工阶段荷载为结构 自重及檩条 自重（ 集中力 ）计算中荷载取用 ， 《 桥规》 要求桥跨结构应预设上拱度。 对于大型结构为 了使实际的结构线符合 标准值。计算简图均 以截面中心线为计算轴线。 设计 的结构线 ， 往往在结构设计中考虑预拱度 的设置。 带钢棒梁结构 的变形分析采用 了有限元软件包 Ａ Ｓ Ｓ 箱梁截 ＮＹ。 关键词 ： ＮＳ Ｓ 大型钢结构 予拱设计 应用 Ａ Ｙ