大跨度箱型梁结构设计与有限元分析
钢箱梁剪力滞效应的研究与有限元分析
态， 此现 象称 为剪 力滞 效应 。忽略剪 力滞 的影 响 ， 会低 估箱 梁 的实 际应 力 ， 造成结 构 的不 安全 ， 国内外 都 曾发
生 过 由此而 引起 的重 大事 故 。
与 过 去传 统 的 混凝 土 箱梁 相 比 ， 钢箱 梁 大大 减轻 了梁 体 的 自重 ， 其 在 纵 向弯 曲时 产 生 的 “ 力 滞后 ” 但 剪 （ｈａ ａ） 应 也相 对 比较严 重 。 ＳｅｒＬｓ效 目前 对钢箱 梁剪力滞 效 应 的相 关试验 研 究较 少 ， 因而对 钢 箱梁 的剪 滞效 应 特 性进 行深 入 的研究 是非 常 有必要 的 。为此 制作 了大 比例钢 箱 梁模 型 ， 其进 行加 载试 验 ， 对 以研 究 简支 钢箱
［ 收稿 日期】 ０ ８ ０ － １ ２ ０ － ４ ０ 【 作者简介】 衣龙泉（９ ７ ） 男 ， １７ － ， 山东栖霞人 ， 硕士研究生 。
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一 １●●●
ｉ
第３ 期
衣龙泉等： 钢箱梁剪力滞效应的研零 查 坌堑
梁高 ３ ０ｍ 顶 板 宽 度 １０ ０ｍｍ， 板 宽 ６ ０ｍ 顶板 采 用 ６ｍｍ厚 钢 板 ， ０ ｍ， ０ 底 ０ ｍ； 其余 采 用 ８ｍｍ 厚 钢 板 ， 件 的 试
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苏 州科 技 学 院学 报 （ 程技 术版 ） 工
第 ２ １卷
第 ３期
Ｊ ｏ ｉｅｓｔ ｆＳ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｆＳ ｚ ｏ ． ｆＵｎｖ ｒｉ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｕ ｈ ｕ ｙ
Ｖｏ ． １ １２
截面尺 寸如 图 ２所示 。
试验时， 在箱 梁 顶 面 、 面 和侧 面沿 纵横 向均 布置 了应 变 片 ， 了测试 跨 中 和靠 近支 座 截面 的剪滞 效应 ， 底 为
大跨空间钢结构整体提升施工技术分析
大跨空间钢结构整体提升施工技术分析摘要：大跨度空间结构钢结构的应用，能够极大提升建筑物的观赏性和建设水平，还能够节省大量的建筑材料，确保建筑物的质量安全。
本文就大跨度空间钢结构的施工技术进行了探析，希望能够对今后的相关研究提供参考。
关键词：大跨空间钢结构；整体提升；施工技术1、大跨度空间钢结构施工技术的特点（1）空间钢结构跨度大，材质高档，钢板厚度大。
随着社会科学技术与经济的不断发展，我国建筑理念产生了巨大的变化，为了充分满足广大客户的实际生活需求，建筑功能技术有了进一步的革新。
其中现代空间钢结构的跨度开始朝着更大范围发展。
为了确保建筑物的质量与施工安全性，国家超限专家审查委员会规定，这种建筑物要利用高强度级别的钢材，通过严格检测，确保钢板材料的厚度与质量。
（2）空间钢结构形式多种多样。
现如今大跨度空间钢结构在原本的形式上进行了创新与发展，已经具备了全新的组合模式。
比如，将大跨度弦支穹顶作为钢结构的奥运会的羽毛球馆，利用泡沫理论式多面体作为空间钢结构的水立方，或者是利用仿生态的设计理念的现代空间钢结构，能够让建筑形式变得更加丰富。
（3）空间钢结构的构件数量多，设计难度大。
在大型工程当中，所需要的构建种类多样，数量大，这就增加了施工难度，直接对施工进程带来了影响。
所以，要通过多次试验以及研究才能确保施工质量同时按时竣工。
（4）构建精确度要求非常严格，焊接施工难度高。
现如今的大部分大跨度空间钢结构的建筑工程都是由国家指派的重点工程项目，它们在施工质量标准方面具有非常高的要求。
所以，有关部门在施工当中要保证空间钢结构的构建精确度与焊缝技术，这就增加了施工困难程度。
另外，施工当中还需要对材质预拼装以及焊接。
为了确保工程施工质量与安全程度，在传统技术手段的基础上来创新钢结构，工作人员要数量掌握好多种技术手段，解决施工当中的困难问题。
（5）空间钢结构的施工与预应力施工技术相结合。
空间钢结构当中的预应力技术具体是指运用预加应力的方式，针对空间钢结构的内力分布情况进行调整，通过向空间钢结构施加压力，加强材料强度，扩大结构刚度。
大型预应力混凝土箱型梁试验研究与有限元分析
（ ｔｔ ｙＬａ ． ｆ ａ ｔｌ ｎ ｆｈ ｒ ｎ ．ＤａｉｎＵｎｖ ｒｉ ｆ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｄａｉｎ １ ６ ２ ，Ｃ ｉａ） ＳａｅＫｅ ｂ ｏ Ｃｏ ｓ ｄＯｆｓ ｏ ｅＥ ｇ， ｌ ｉｅｓｔ ｏ 力混凝土 箱型梁试验 研究 与有限元分析
司炳君 ，孙 治 国 ，王 清湘
（ 连理工 大 学海岸 与 近海工 程 国家重 点实验 室 ， 辽 宁 大 连 １ ６ ２ 大 ０ ４） １ 摘 要 ：在试验研究 与 Ａ Ｓ Ｓ有 限元分 析相结合 的基础上 ， 日照港一大型预应力混凝 土箱型梁安全性 能进行评 ＮＹ 对 价 。Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 计算 值与 试验值吻合较好 ，为预应力混凝土梁 的分析 提供 了有效 的方法 和途径。
无粘结预应力 混凝 土箱 型简支梁且为变截 面， 度为 ２ 跨 ２ｍ， 配有 １ ６束预应力钢绞线 （ 图１ 见 ）及均布于整个 截面上的 非预应力 钢筋 。其 中 ，钢绞 线束采用 ７ １ ． 公 称直径 ５２（ 为 １ ．ｍｍ） 拉强度标准值 为 １ ６ ／ ５ ，抗 ２ ０Ｎｍｍ ，各束施加 张 ８ 拉控制力从 １ ６ ．９ １ ３ ．１ Ｎ不等 ； ８１ — ３１ ３ ４ ｋ 非预应力 筋均 为二
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２ ０ 年 ８月 ０６ 第 ４期 总第 １４期 ４
【 国溜湾 建 设 ｌ １
Ｃｈｎ ｒ ｏ ｒＥ ｇｎ ｅ ｉｇ ｉ ａＨａ ｂ ｕ ｎ ｉｅ ｒｎ
Ａｕ ， ０ ６ ｇ．２ ０ Ｔｏ ａ ４ Ｎｏ ４ ｔ ｌ ４， ． １
Ｏ１ Ｏ ｍ。且 施加 全部 荷 载后 原裂缝没 有任何变化 。可 ．一 ． ｍ ２ 以判 断裂缝为表 面裂 缝。
浅谈山区大跨连续刚构桥梁结构计算和设计
1山区桥梁特点在我国云南、贵州、四川、重庆、广西等西南山区修建高速公路时，有以下特点：常常需要跨越横断山脉、纵向坡度较大、桥隧比高、造价高昂。
山区高速桥梁常常需要跨越深谷，桥墩高度很高，对抗震性能要求高，大型施工机械设备进场困难。
结合以上特点及连续刚构桥梁本身的力学特性，在80~200m 跨径范围内，连续刚构桥梁成为目前西南山区高速最广泛采用的结构形式之一。
连续刚构桥梁的桥墩与主梁进行刚性连接，上部常常为变截面箱式梁结构，下部墩高较高，常采用较柔的双薄壁桥墩来吸收上部结构由温度、收缩、徐变等产生的变形。
在设计过程中，要进行承载力分析、耐久性分析、施工阶段分析，保证在整个使用寿命周期范围内结构的安全耐久性满足要求。
另外大跨PC 梁桥跨中下挠已经成为该类桥型的普遍共性问题，前期应预留后期补强所需构造。
2云南某大跨连续刚构桥梁结构计算、设计案例2.1工程概况该桥位于云南西部某高速公路，为跨越澜沧江而设，是该高速的控制性工程。
该桥部分位于整体式的路线段，部分位于分离式的路线段上，单幅桥宽为12.5m ，桥跨布置为：左幅57+主桥（140+180+140）m+57m+（4孔30）m 连续T 梁，桥长697m ；右幅57+主桥（140+180+140）m+57m+（3孔30）m 连续T 梁，主桥墩梁固结，桥长667m 。
本桥平面主要位于直线段。
2.2主要技术标准①公路等级：高速公路；②设计速度：80公里/小时；③桥面布置：净11.5m+2×0.5m=12.5m ；④活载为公路一级荷载；⑤地震基本烈度：Ⅶ度。
本地区地震动峰值水平加速度为0.15g ，场地类别为Ⅱ类。
3主要结构尺寸3.1主桥上部结构———————————————————————作者简介:任朝辉（1990-），男，贵州盘州人，工程师，硕士，主要从浅谈山区大跨连续刚构桥梁结构计算和设计Elementary Discussion on Structural Calculation and Design of Long-span Continuous Rigid Frame Bridgein Mountainous Area任朝辉REN Chao-hui ;张皓ZHANG Hao ;王安民WANG An-min（云南省交通规划设计研究院有限公司，昆明650041）（Broadvision Engineering Consultants ，Kunming 650041，China ）摘要:大跨径预应力混凝土连续刚构桥梁由于其特有结构类型,采用墩梁固结可以适用于山区高速公路的峡谷地形。
高速铁路大型箱梁内模刚度研究及结构优化的开题报告
高速铁路大型箱梁内模刚度研究及结构优化的开题报告
一、研究背景
高速铁路已经成为现代交通行业的重要组成部分，大型箱梁是高速铁路建设中的重要组成部件。
箱梁的刚度是箱梁的重要参数，直接影响到铁路的行车质量和安全。
因此，研究箱梁的刚度并进行结构优化，对于高速铁路建设具有重要的意义。
二、研究目的
本研究旨在通过对高速铁路大型箱梁的内模刚度进行研究和优化，提高箱梁的刚度，并进一步提高高速铁路的行车质量和安全。
三、研究方法
本研究将采用有限元方法分析箱梁内模刚度，建立高速铁路大型箱梁有限元模型，对箱梁的内模刚度进行评估和优化。
同时，本研究将通过设计不同的结构参数和优化
参数，进行结构优化和参数优化，提高箱梁的刚度。
四、研究内容
（1）建立高速铁路大型箱梁有限元模型；
（2）分析箱梁内模刚度，评估箱梁刚度的现状；
（3）通过设计不同的结构参数和优化参数，优化箱梁的刚度；
（4）分析优化结果，得出结论和建议。
五、研究意义
本研究将为高速铁路建设提供宝贵的参考和指导，为高速铁路行车质量和安全提供技术支持。
同时，本研究将为箱梁的设计和制造提供重要的参考，并为相关产业的
发展做出贡献。
大跨度钢结构吊装及安装关键技术分析
大跨度钢结构吊装及安装关键技术分析摘要：钢结构吊装及安装是建筑工程施工的管件，由于大跨度钢结构具有尺寸大、质量大及钢梁跨度大等特点，施工阶段应加强对吊装、安装精度的控制，保证焊接质量。
本文以某工程为实例，结合工程实际，对大跨度钢结构吊装及安装关键技术进行分析，以保证施工质量。
关键词：大跨度钢结构；吊装；安装；关键技术随着建筑行业的发展，钢结构凭借其强度高、抗震性能强、造型美观及施工便捷等优势，得到了工程施工的广泛应用。
大跨度钢结构是工程施工的重点，对于评估工程质量具有重要意义。
近年来随着社会经济的飞速发展，我国大跨度钢结构建筑数量明显增加，但是其施工方案较为复杂，施工整体难度较大，存在钢结构吊装、安装精确性等主动问题。
因此加强对大跨度钢结构吊装及安装技术的研究具有重要意义。
1.工程概况1.1 项目概况自贡市展览中心一期工程项目，整体结构的建筑面积为37960平方米，主要结构框架-钢结构。
基础形式为独立柱基与筏板基础，主体结构为圆形钢柱型结构。
多功能办公楼约58m，地下2层，地上7层，报告厅37.5m地下2层，地上3层，展城地下2层，地上2层，观光塔44m。
主体结构为圆形钢柱型结构为主,核心筒为箱型柱；楼层H型钢梁结构，幕墙支架挑梁为箱型梁,屋面网架及桁架楼层板结构主构件采用Q345B钢, 钢构件总重量约7000t。
1.2 钢结构施工重难点钢结构具有单件尺寸、质量大、分布范围广以及工期长等特点，这也是制作运输和吊装施工的难点。
本工程钢柱主要分为两类，一类主要圆管柱，另一类方管柱(箱型)钢柱，材质Q345B。
本工程钢梁多为H型钢梁,局部为箱型梁。
本工程中钢梁的跨度较大，辐距较远，工程钢结构施工的难点在于安装精度、焊接质量、高处作业等方面。
其主要工序包括钢结构的加工及拼装、钢梁分段部位明确、大型构件运输、吊装设备选型以及吊装后焊接等[1]。
1.大跨度钢结构吊装及安装关键技术2.1 预埋件的安装本工程预埋件主要为地脚螺栓埋件，具体包括钢柱的埋件、网架埋件。
大跨径简支钢-混凝土组合梁桥设计及计算分析
219 2021年第8期工程设计孙龙龙台州市交通勘察设计院有限公司，浙江 台州 318000摘 要：经综合考虑施工工期及桥下道路和航道的通行需求，台州路桥机场进场道路工程小伍份立交桥主跨采用1～55m 大跨径简支钢-混凝土组合梁。
钢-混凝土组合梁桥由槽型钢结构主梁与混凝土桥面板组合而成，中间通过剪力键连接，充分利用了钢结构的受拉性能和混凝土的受压性能，实现了工厂化制作，具有现场操作少、结构适应性强的优点。
文章通过对1～55m简支钢-混凝土组合梁桥设计进行计算分析，旨在为同类项目的设计提供参考。
关键词：钢-混凝土组合梁桥；大跨径；简支中图分类号：U442.5 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2021）08-0219-03钢结构桥梁具有跨越能力强、结构自重轻、建筑高度小、施工方便、周期短、对交通影响小等优点，而钢-混凝土组合梁桥除具有钢结构桥梁的优点外，还具有节省钢材、增加结构刚度和稳定性、减少钢梁腐蚀等优点，近年来得到了广泛的应用，但其也存在工程造价高、后期维护费用高等不足。
钢-混凝土组合梁桥可分为钢板组合梁桥、钢箱组合梁桥、钢桁架组合梁桥和波形钢腹板组合梁桥等，其施工过程一般是先由工厂制作钢梁节段，运至现场后进行吊装，拼装完成后施工桥面板，桥面板可采用预制和现浇两种施工方法制作。
钢-混凝土组合梁桥施工过程及施工方法的不同会影响最终主梁结构受力，可通过一些措施改善桥梁受力状况。
1 工程概况台州路桥机场进场道路工程为双向四车道一级公路，设计速度为80km/h，路基宽度为28m，预留远期拓宽条件。
路线总体呈南北走势，起点位于椒江区下陈街道，与椒新路平交，终点位于路桥区蓬街镇，与东方大道相交，路线全长约5.2km。
2 桥梁方案选择小伍份立交桥需要跨越石八线与青龙浦，由于石八线位于青龙浦北侧岸边，两者之间无设墩条件，桥梁与被交路和河流交叉角度约为124°，受通航净空限制，水中无条件设墩，需要采取一跨跨越。
大跨刚构—连续梁桥的全寿命性能监测与分析
2、车辆荷载：车辆在桥梁上行驶时，会对结构产生一定的冲击效应，应考虑 车辆荷载对结构稳定性的影响。
3、风荷载：风荷载对高墩大跨径连续刚构弯桥的稳定性产生较大影响，需对 风载引起的倾翻力矩进行计算和分析。
结论
通过对高墩大跨径连续刚构弯桥的全过程稳定性进行分析，可以得出以下结论：
1、合理的材料选择和结构设计是保证高墩大跨径连续刚构弯桥稳定性的关键 因素。
2、墩身尺寸：墩身的设计应考虑桥梁的整体造型和稳定性，选用合理的截面 形状和尺寸。
3、支座布置：支座是保证桥梁稳定性的重要组成部分，需根据主梁和墩身的 布置，选择合适的支座形式和数量。
稳定性分析
针对高墩大跨径连续刚构弯桥的全过程，应进行以下稳定性分析：
1、施工阶段：在施工过程中，应考虑混凝土收缩、徐变以及预应力对结构稳 定性的影响。同时，对临时支撑体系进行稳定性分析，以避免施工过程中的安 全事故。
大跨刚构—连续梁桥的基本结构由上部结构的刚架和下部结构的连续梁组成。 刚架作为主要承重结构，具有较大的抗弯和抗剪能力；连续梁则具有较好的承 受压力和分布荷载的能力。这种组合结构可以满足大跨度、高荷载的要求，适 应现代交通发展的需要。
为了及时掌握大跨刚构—连续梁桥的性能状况，需要对以下关键性能指标进行 监测：
3、异常检测：通过比较监测数据与历史数据或预设阈值，及时发现异常情况。 当数据超过预设阈值时，发出警报提示，以便采取相应的处理措施。
4、模型拟合：利用数学模型对监测数据进行拟合，以了解结构的实际工作状 态。例如，可以采用有限元分析、神经网络等模型对数据进行拟合，以更准确 地评估结构的性能。
在实际案例中，可以结合具体桥梁工程进行全寿命性能监测与分析。例如，某 地一座大跨刚构—连续梁桥在经过多年的运营后，出现了明显的挠曲变形和应 力异常。通过安装传感器和数据采集系统，对该桥的挠度、应力和应变进行了 长期监测。
桥梁结构分析的有限元原理及其程序简介
故
e FEe = K E Rδ e
其中 R 为坐标变换矩阵。 若 e 号单元内还作用有跨间荷载以及给定的温 度分布，它们在局部坐标系下的单元等效结点荷载 分别记为 Pqe 和 PTe ，则
e e FE = ΚE Rδe − Pqe − Pte
以上即杆系结构有限元法的基本计算过程。
1.2 有限元软件简介
1.2有限元软件简介
与通用有限元的区别
ANSYS MIDAS/CIVIL
前处理 单元、材料、边界、荷载
前处理 单元、材料、边界、荷载、施工过程、 预应力、收缩徐变等 求解 静力、动力、稳定等 后处理 显示、列表、时程等 设计验算 基于规范的荷载组合、 设计验算
求解 静力、动力、稳定等
后处理 显示、列表、时程等
1. 桥梁结构分析的内容
• （1）桥梁一般是分阶段逐步施工完成的，结构最终受力 状态往往与施工过程有着很大的关系，因而结构分析必须 按实际的施工过程和结构形成的过程逐阶段进行分析，并 且能够自动累加各阶段的内力和位移等。 （2）计算成桥后在二期恒载，支座不均匀沉降、混凝土 长期收缩、徐变效应、温度变化等作用下的内力和位移。 （3）计算各种活载引起的内力和位移，包括影响线或影 响面的计算以及对它们进行纵向、横向的加载等。 （4）计算各种偶然荷载(加地震)等引起的内力和位移。 （5）按规范对上述各种荷载引起的内力和位移进行组 合，得出最不利的组合情况。 （6）按规范进行强度、刚度、抗裂性、稳定性以及动力 性能验算。
2.2 桥梁结构分析的施工过程及体系转换 • 比如，同为三跨连续梁，在合拢的先后顺 序上，先合拢边跨还是中跨对结构成桥内 力是有影响的； • 有时为了获得良好的成桥线形或内力，可 以在施工中采取一些辅助措施。
大跨度曲线简支钢箱梁设计及受力分析
２０２０年第０３期总第２６１期福㊀㊀建㊀㊀建㊀㊀筑ＦｕｊｉａｎＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＮｏ０３ ２０２０Ｖｏｌ ２６１大跨度曲线简支钢箱梁设计及受力分析叶坚波(福州市规划勘测设计研究总院㊀福建福州㊀３５０１０８)摘㊀要:城市跨线桥设计ꎬ随着路网密度的不断发展ꎬ难免出现在已修建的高速路或城市快速路上方修建跨越式桥梁ꎬ但该类桥梁的构建ꎬ又往往会受到桥下构造物的影响ꎮ为了减少对桥下跨越道路交通的影响ꎬ加快施工进度ꎬ大都倾向于采用自身重量小㊁高跨比小㊁结构轻盈且施工简便的钢箱梁桥ꎮ基此ꎬ以一座跨越城市快速路的５８ｍ简支钢箱梁桥为工程实例ꎬ采用Ｍｉｄａｓ/Ｃｉｖｉｌ软件建立单梁模型ꎬ并对其纵向㊁横向㊁刚度及抗倾覆验算分析ꎮ工程实践结果表明ꎬ钢箱梁可以较好适应道路线型ꎬ相较于预应力梁桥ꎬ高跨比小㊁受力简单ꎬ尤其适应小半径桥梁ꎮ关键词:钢箱梁ꎻ大跨度ꎻ小半径ꎻ有限元分析ꎻ抗倾覆中图分类号:ＴＵ９９７㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:１００４－６１３５(２０２０)０３－０１０６－０４ＤｅｓｉｇｎａｎｄｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｌｏｎｇｓｐａｎｃｕｒｖｅｄｓｉｍｐｌｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄｓｔｅｅｌｂｏｘｇｉｒｄｅｒＹＥＪｉａｎｂｏ(ＦｕｚｈｏｕｐｌａｎｎｉｎｇｓｕｒｖｅｙｉｎｇｄｅｓｉｇｎｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＦｕｚｈｏｕ３５０１０８)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｒｏａｄｎｅｔｗｏｒｋｄｅｎｓｉｔｙꎬｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｕｒｂａｎｏｖｅｒｐａｓｓｂｒｉｄｇｅｓｉｎｅｖｉｔａｂｌｙａｐｐｅａｒｓｉｎｔｈｅｂｕｉｌｔｅｘ￣ｐｒｅｓｓｗａｙｏｒｕｒｂａｎｅｘｐｒｅｓｓｗａｙꎬｂｕｔｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｓｕｃｈｂｒｉｄｇｅｓｉｓｏｆｔｅｎａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｎｄｅｒｔｈｅｂｒｉｄｇｅ.Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｒｏａｄｔｒａｆｆｉｃｕｎｄｅｒｔｈｅｂｒｉｄｇｅａｎｄｓｐｅｅｄｕｐｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｇｒｅｓｓꎬｍｏｓｔｏｆｔｈｅｍｔｅｎｄｔｏａｄｏｐｔｔｈｅｓｔｅｅｌｂｏｘｇｉｒｄｅｒｂｒｉｄｇｅｗｉｔｈｓｍａｌｌｗｅｉｇｈｔꎬｓｍａｌｌｈｅｉｇｈｔｓｐａｎｒａｔｉｏꎬｌｉｇｈｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｓｉｍｐｌｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｓꎬｔａｋｉｎｇａｓｉｍｐｌｅｓｔｅｅｌｂｏｘｇｉｒｄｅｒｂｒｉｄｇｅｏｆ５８ｍａｃｒｏｓｓｔｈｅｕｒｂａｎｅｘｐｒｅｓｓｗａｙａｓａｎｅｘａｍｐｌｅꎬａｓｉｎｇｌｅｇｉｒｄｅｒｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙＭＩＤＡＳ/ｃｉｖｉｌｓｏｆｔｗａｒｅꎬａｎｄｉｔｓｌｏｎｇｉｔｕｄｉ￣ｎａｌꎬｔｒａｎｓｖｅｒｓｅꎬｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｎｄａｎｔｉｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇｃｈｅｃｋｉｎｇｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓａｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒａｃｔｉｃｅｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｔｅｅｌｂｏｘｇｉｒｄｅｒｃａｎａｄａｐｔｔｏｔｈｅｒｏａｄｌｉｎｅｂｅｔｔｅｒ.Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｇｉｒｄｅｒｂｒｉｄｇｅꎬｔｈｅｈｉｇｈｓｐａｎｒａｔｉｏｉｓｓｍａｌｌａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｉｓｓｉｍｐｌｅꎬｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｆｏｒｔｈｅｓｍａｌｌｒａｄｉｕｓｂｒｉｄｇｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＳｔｅｅｌｂｏｘｇｉｒｄｅｒꎻＬａｒｇｅｓｐａｎꎻＳｍａｌｌｒａｄｉｕｓꎻＦｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓꎻＡｎｔｉｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ作者简介:叶坚波(１９８７.０６－㊀)ꎬ男ꎬ工程师ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｊｉａｎｂｏ－ｙｅ＠ｆｏｘｍａｉｌ.ｃｏｍ收稿日期:２０１９－１１－２４０㊀引言在城市快速发展进程中ꎬ互通式立交在城市交通中起到了至关重要的作用ꎬ随着路网密度的不断发展ꎬ难免出现在已修建的城市快速路或高速路上方修建跨越式桥梁ꎮ由于受到桥下构造物的影响ꎬ如采用普通的预应力钢筋混凝土结构ꎬ需要搭设大型的临时支架系统ꎬ施工时间长ꎬ从而加大被交路的交通倒改难度和时间ꎬ影响被交路交通通行效率ꎬ且施工过程对周边环境影响较大ꎮ而钢箱梁则在工厂制造ꎬ现场安装ꎬ施工质量得到保证ꎬ对周边的环境影响小ꎮ同时其自身重量小ꎬ高跨比小ꎬ结构轻盈且施工简便ꎬ更加适合应用于城市桥梁中[１]ꎮ基于此ꎬ为对其他类似桥梁设计提供借鉴ꎬ本文拟以福州市北向第二通道工程为例ꎬ介绍其设计及受力分析ꎮ１㊀工程概述福州市北向第二通道工程园中枢纽互通位于福州东区水厂与上浦岭村之间ꎬ主要实现国道Ｇ１０４线㊁新店片区与福州市三环快速路及辅路的交通转换ꎬ其中三环路为既有快速通达ꎬ交通流量大ꎬ行车速度快ꎮ本次案例桥梁就位于园中互通Ｃ匝道ꎬＣ匝道上跨三环快速路ꎬ匝道宽９ｍꎬ为单车道匝道ꎮ相交处三环快速路宽４５ ６ｍꎬ相交处位于三环快速路上浦岭大桥桥台处ꎬ无法在中央分隔带设置永久性桥墩ꎬ故只能采用一跨跨越三环快速路ꎬ经综合比较后ꎬ上跨三环速Ｃ４~Ｃ５联采用１ｍ~５８ｍ简支钢箱梁ꎬ其与三环快速路交角为８０ʎꎬ位于Ｒ＝１５０ｍ圆曲线上ꎮ该联桥梁平面图如图１所示ꎮ２０２０年０３期总第２６１期叶坚波 大跨度曲线简支钢箱梁设计及受力分析 １０７㊀图１㊀Ｃ匝道平面图２㊀钢箱梁设计方案Ｃ４~Ｃ５联简支钢箱梁梁宽９ｍꎬ为单箱双室结构ꎬ由于处于道路超高段ꎬ横坡大ꎬ横断面采用梁底水平设置ꎬ横坡通过箱梁顶板结构设置ꎬ箱梁中心梁高２ ８ｍꎬ为跨径的１/２１ꎮ钢箱梁底板设计厚度为２８ｍｍꎬ底板厚度为２５ｍｍꎬ腹板跨中厚１４ｍｍꎬ支点处加厚为２０ｍｍꎬ加厚长度为４ｍꎮ钢箱梁上部两侧各设１５００宽挑臂ꎬ挑臂下翼缘板件截面为２００ｍｍˑ１２ｍｍꎬ挑臂处横隔板为１２ｍｍꎮ箱梁顶板下设置Ｔ形和板式加劲肋ꎻ底板上设Ｔ形加劲肋ꎮ腹板设板式加劲肋及竖向加劲肋ꎬ板式加劲肋截面１４０ｍｍˑ１２ｍｍꎻ腹板竖向加劲肋间距以道路中心线为基准ꎬ按２ｍ标准间距布置ꎮ横隔板间距以道路中心线为基准ꎬ按２ｍ标准间距布置横隔板ꎬ与腹板竖向加劲肋间距１ｍꎬ中间横隔板厚１４ｍｍꎮ端支点横梁的腹板厚度为２４ｍｍꎬ端支点支座间距为７ｍꎮ钢箱梁断面如图２~图３所示ꎮ图２㊀钢箱梁跨中断面图３㊀钢箱梁端支点断面３㊀钢箱梁计算模型进行钢梁整体强度㊁刚度验算分析时ꎬ采用Ｍｉ￣ｄａｓ/Ｃｉｖｉｌ软件ꎮ计算模型采用建立单梁模型ꎬ模拟施工阶段ꎬ边界条件按照实际设置ꎬ空间分析计算模型如图４所示ꎮ图４㊀计算模型桥梁荷载包括:①自重(包括横隔板㊁腹板竖向加劲肋等ꎬ转化为梁单元均布荷载ꎬ并考虑由钢箱梁内外侧质量不均匀分布而产生的扭矩)ꎻ②二期荷载(铺装及混凝土护栏)ꎻ③汽车荷载及冲击力(城－Ａ级ꎬ按两车道最不利布置)ꎻ④温度荷载(梯度温度及整体升降温)ꎻ⑤汽车离心力ꎻ⑥汽车制动力ꎻ⑦支座沉降(取１０ｍｍ)ꎮ４㊀钢箱梁计算分析４ １㊀钢梁正应力验算根据«公路钢结构桥梁设计规范»[２]第５ ３ １条的规定进行受弯构件抗弯承载能力验算ꎬ计算结果如图５~图６所示ꎮ图５㊀基本组合主梁上缘应力图(ＭＰａ)图６㊀基本组合主梁下缘应力图(ＭＰａ)㊀㊀该基本组合下主梁最大拉应力为１９０ＭＰａꎬ出现在跨中下缘附近ꎻ最大压应力为１６５Ｍｐａꎬ出现在跨中上缘附近ꎮ主梁应力计算时ꎬ考虑剪力滞和局部稳定影响ꎬ钢梁最大拉应力为２０９ＭＰａꎬ钢梁的最大压应力１０８㊀ 福㊀㊀建㊀㊀建㊀㊀筑２０２０年为１８１ ５ＭＰａꎬ钢材拉压应力容许值均为２７０ＭＰａꎬ均满足规范要求ꎮ４ ２㊀腹板剪应力验算在基本组合作用下对钢箱梁截面腹板剪应力进行验算ꎬ结果如图７所示ꎮ图７㊀基本组合主梁剪力图(ＭＰａ)从图７可以看出ꎬ基本组合下主梁剪应力最大值为９６ＭＰａꎬ满足规范要求ꎮ根据«公路钢结构桥梁设计规范»[２]５ ３ ３－１条的规定ꎬ腹板设置一道横向加劲肋和一道纵向加劲肋时ꎬ腹板最小厚度:ηｈｗ/２４０＝２６２７/２４０＝１１ｍｍꎬ该桥腹板厚度支点加厚段采用２０ｍｍꎬ跨中采用１４ｍｍꎬ均满足规范要求ꎮ４ ３㊀支点横梁验算纵向腹板将荷载传递至端横梁ꎬ横梁再传递至支座ꎬ横梁为横向受弯构件ꎬ按简支梁模拟ꎬ计算原理按照恒荷载纵向由腹板传导至横梁ꎬ以集中荷载的方式加载ꎻ活载按照单列车道产生的活载反力在横梁车道范围内自动布载ꎮ端支点横梁截面翼缘板考虑顶底板作用ꎬ翼缘宽度分别取２４倍顶底板板厚ꎮ经计算ꎬ端支点横梁下缘最大拉应力为１５１ＭＰａꎬ上缘最大压应力为１４０ＭＰａꎬ腹板最大剪应力为７６ＭＰａꎬ均满足规范要求ꎮ４ ４㊀挠度验算及预拱度计算根据«公路钢结构桥梁设计规范»[２]第４ ２ ３条规定ꎬ验算汽车荷载作用下的挠度ꎮ汽车荷载作用下的竖向位移图如图８所示ꎮ图８㊀汽车荷载下最小竖向挠度(ＭＰａ)由图８可见ꎬ活载最大挠度绝对值为４２ｍｍꎬ为跨度５８ｍ的１/１３６０ꎬ规范容许值为１/５００ꎬ满足规范要求ꎮ根据«公路钢结构桥梁设计规范»[２]第４ ２ ４条规定ꎬ主梁预拱度设置大小为恒载标准值加１/２车道荷载频遇值产生的挠度ꎬ频遇值系数为１ ０ꎮ主梁挠度如图９所示ꎮ图９㊀结构自重标准值＋１/２车道荷载频遇值产生的挠度(ｍｍ)由图９可知ꎬ跨中预拱度取跨中挠度的最大值１５６ｍｍꎬ其它位置处按抛物线设置ꎮ４ ５㊀抗倾覆验算钢箱梁自重轻ꎬ恒载反力较混凝土小ꎬ支座在最不利荷载下有脱空可能ꎮ该桥跨径大ꎬ平曲线半径小ꎬ曲线梁在扭矩与竖向荷载的共同作用下ꎬ弯扭耦合效应明显ꎬ在弯扭共同作用下ꎬ当车道荷载偏置布置时ꎬ弯桥内侧支座极有可能出现脱空ꎬ抗倾覆问题不容忽视[４]ꎮ小半径桥梁ꎬ由于曲线内外侧质量分布影响ꎬ桥梁内侧支座恒载反力较外侧小ꎬ当半径一定时ꎬ跨径越大这种支座反力分配不均现象越明显ꎬ需要通过采取一些措施来减轻这种现象[３]ꎮ该桥为简支梁桥ꎬ仅有两端支座提供抗扭效应ꎬ因此采取以下两种措施:(１)尽量拉大两端支座的支座间距ꎬ即在支座反力一定的情况下贡献更大的抗扭效应ꎮ(２)梁端采用无收缩混凝土压重ꎬ加大恒载作用下内侧支座反力ꎬ避免内侧支座产生脱空ꎮ因此ꎬ在总体设计上通过以上两种措施ꎬ避免倾覆的发生ꎮ进行抗倾覆验算时ꎬ在曲线外侧布置车道ꎬ根据该桥横向宽度ꎬ分别按曲线外侧布置１个车道与２个车道ꎬ根据支座反力影响线布载ꎬ取失效支座所对应荷载最不利布置情况下各支座的并发反力进行抗倾覆验算ꎮ验算结果详见表１ꎬ有效支座平面如图１０所示ꎮ图１０㊀有效支座平面示意图根据«公路钢结构桥梁设计规范»[２]第４ ２ ２条规定ꎬ在持久状况下整体式截面的简支梁其结构体系应保持不变且作用效应应满足抗倾覆要求:(１)作用基本组合下ꎬ受压支座不能发生支座脱空ꎬ应一直处于受压状态ꎻ(２)恒载产生的稳定效应/活载产生的失稳效应ȡ２ ５ꎮ２０２０年０３期总第２６１期叶坚波 大跨度曲线简支钢箱梁设计及受力分析 １０９㊀表１㊀抗倾覆验算表项目支座编号１－１１－２２－１２－２支座间距ｌｉ(ｍ)７０７０支座竖向力(ｋＮ)ＲＧＫｉ(永久作用标准值效应)１７２３４５７７１７９８４６５０失效支座对应最不利汽车荷载的标准值效应ＲＱＫｉꎬ１１－２４４１０１５－２２３１１４５ＲＱＫｉꎬ２１－２２３１１４６－２４３１０１４支座反力验算１ ０ＲＧＫｉ＋１ ４ＲＱＫｉꎬ１１１３８１５９９８１４８６６２５３１ ０ＲＧＫｉ＋１ ４ＲＱＫｉꎬ２１１４１１６１８１１４５８６０７０结论满足要求稳定系数验算稳定效应ＲＧＫｉｌｉ(ｋＮ ｍ)１２０６１０１２５８６０失稳效应(ｋＮ ｍ)ＲＱＫｉꎬ１１ｌｉ－１７０８０－１５６１０ＲＱＫｉꎬ２１ｌｉ－１５６１０－１７０１０稳定系数ðＲＧＫｉｌｉ/ðＲＱＫｉꎬ１１ｌｉ７ ５４ðＲＧＫｉｌｉ/ðＲＱＫｉꎬ２１ｌｉ７ ５６结论满足要求㊀㊀由验算结果可见ꎬ该桥通过拉开梁端支座间距和设置梁端混凝土压重两种措施ꎬ梁端支座均不产生脱空ꎬ抗倾覆稳定系数最小值为７ ５４ꎬ均满足规范要求ꎮ５㊀结论(１)根据承载能力极限状态下对钢箱梁的纵向及横向验算结果表明ꎬ桥梁结构顶底板及腹板厚度均满足要求ꎬ支点横隔板厚度满足要求ꎮ(２)根据在正常使用极限状态下对结构挠度及预拱度进行验算ꎬ结果表明桥梁结构刚度满足要求ꎮ(３)小半径桥梁ꎬ由于曲线内外侧质量分布影响ꎬ内外侧支座恒载反力不均ꎬ且由于简支钢箱梁自重轻ꎬ抗扭支座少ꎬ梁端支座更容易产生脱空现象ꎬ从而导致倾覆ꎮ对此ꎬ可通过加大梁端支座间距ꎬ加强抗扭效应并设置一定的梁端压重ꎬ可避免支座脱空和主梁倾覆情况发生ꎮ(４)在城市跨线桥中ꎬ钢箱梁可以较好地适应道路线型ꎬ相较于预应力混凝土梁桥ꎬ钢箱梁桥更适应于小半径桥梁ꎬ高跨比小ꎬ受力简单ꎬ但在设计过程中ꎬ应特别注意曲线梁桥所产生的弯扭耦合效应ꎬ设计时应加强抗倾覆验算ꎬ避免倾覆的发生ꎮ参考文献[１]㊀吴冲.现代钢桥:上[Ｍ].北京:人民交通出版社ꎬ２００６. [２]㊀ＪＴＧＤ６４－２０１５公路钢结构桥梁设计规范[Ｓ].北京:人民交通出版社ꎬ２０１５.[３]㊀熊诚ꎬ汪斌ꎬ梁庆学.城市高架连续钢箱梁计算分析[Ｊ].２０１８(３).[４]㊀谭伟.钢箱梁桥抗倾覆稳定性分析[Ｊ].城市道桥与防洪ꎬ２０００(１):１５－１８.。
箱梁的剪力滞效应分析
箱梁的剪力滞效应分析文章类型：论述文剪力滞效应是指箱梁在承受剪力作用时，剪切力和剪切变形之间的关系出现滞后现象。
这种现象对箱梁的承载能力和正常使用有着重要影响。
本文将介绍箱梁剪力滞效应的基本概念和分析方法，并探讨如何采取有效的措施应对剪力滞效应的影响。
一、箱梁剪力滞效应概述箱梁是一种常见的桥梁结构形式，具有结构强度高、刚度大等特点，被广泛应用于公路、铁路、城市轨道交通等领域。
箱梁在承受剪力作用时，剪切力和剪切变形之间的关系通常应该是线性的，但在某些情况下，剪切力与剪切变形之间的关系会出现滞后现象，即所谓的剪力滞效应。
剪力滞效应会对箱梁的结构性能产生不利影响，降低桥梁的承载能力和使用性能。
当剪力滞效应较严重时，可能导致桥梁出现裂缝、变形过大等现象，影响行车安全和桥梁寿命。
因此，对箱梁剪力滞效应进行分析和研究，采取有效的应对措施，具有重要意义。
二、箱梁剪力滞效应分析方法1、有限元法有限元法是一种常用的结构分析方法，通过将结构离散成多个小的单元，利用数学方法近似求解结构整体的力学行为。
对于箱梁的剪力滞效应分析，可以采用有限元法进行数值模拟，通过调整箱梁的几何尺寸、材料参数等因素，模拟剪力滞效应的产生和变化规律。
2、解析法解析法是通过理论建模和推导，得出结构的力学响应的解析解。
对于箱梁的剪力滞效应分析，可以采用解析法建立简化的力学模型，从而得到剪力滞效应的近似解。
解析法具有计算速度快、成本低等优点，但精度较有限元法低。
三、箱梁剪力滞效应应对措施1、优化结构设计通过优化箱梁的结构设计，可以降低剪力滞效应的影响。
例如，可以合理布置箱梁的横隔板和竖向肋板，增加结构的整体性和抗扭刚度；同时，可以通过选用高强度材料，提高结构的强度和稳定性。
2、增加配筋率增加箱梁的配筋率可以增强结构的抗剪能力，降低剪力滞效应引起的变形和裂缝等问题。
同时，合理的配筋设计还可以提高箱梁的承载能力和使用寿命。
3、采用新型材料采用新型材料如高性能混凝土、纤维增强混凝土等，可以提高箱梁的抗剪性能和耐久性，降低剪力滞效应的影响。
机械设计中复杂结构有限元分析中问题的处理分析
机械设计中复杂结构有限元分析中问题的处理分析摘要：伴随现代计算机技术的飞快进步，计算机也在日益增强运算能力。
而在机械设计中，有限元分析发挥的作用也变得更大。
基于有限元软件，能准确模拟复杂结构的刚强度，并以此来正确指导零件优化，进而充分降低设计成本，更好地达到设计要求。
基于此，本文从有限元分析出发，主要分析了复杂结构机械中处理设计问题的有关内容，仅供参考。
关键词：有限元分析；机械设计；复杂结构；问题处理在信息时代下，有限元分析基于计算机获得了很好的发展，属于计算领域有关数学、力学、工程学的一种计算新方法。
其中会假设复杂结构离散，并形成数目有限的单元组合体，再通过离散法分析复杂结构的基本物理性能，以获得近似结果，并取代复杂度大的计算，处理理论分析中难以改善的问题。
一、有限元分析简介有限元分析（简称FEA）是指能有效分析、处理数据的一种方法。
其中的技术原理与数学方法相似，主要基于荷载、几何系统等的模拟，再通过数量有限的单元，分析未知的数据并获得未知量。
在设计机械中利用有限元分析，能化复杂运算为简单化计算，进而弥补复杂结构不准计算的缺陷。
这种计算方法既精准又高效，借助有限元分析，能大幅提升机械加工效率，妥善处理以往设计方法中设计思路模糊、计算错误等问题。
在当前机械设计中，借力于有限元分析，可精准改善设计，大幅节约劳动力、成本等。
所以有限元分析以前便捷、准确等优势极大地促进了设计过程的优化改进。
但在机械尤其是复杂结构的设计中，考虑到有限元方法相较于别的设计方法具有更好的精密性且仍需依赖复杂度高的计算模型等，所以有限元分析在实际运用中不免会存在问题，急需有效加以处理。
二、机械设计中处理有限元分析复杂结构中问题的措施1、简化模型在机械设计中，所选用的有限元计算模型所起的作用至关重要。
唯有做好模型处理工作，方才能事半功倍，万不可掉以轻心。
针对复杂结构下面的静、动力问题，一般需要考虑的是以下问题：（1）简化结构模型针对复杂结构，若不用其中的几何、受力特征，而全部根据三维实体来展开分析，就需要涉及巨大的计算量，且得到的结果可能也不好。
有限元分析建模方法
注意：分步计算最复杂的工作是确定子模型的边界条件，即将整体 模型的计算结果以节点位移或分布力的形式转换到子模型的边界 上。可参考相关文献。
8-7 模型简化
2、分步计算法
工程中常存在一些相对尺寸很小的细节，如小孔、键
槽、齿轮齿根等，如果这些细节处于结构的高应力区， 则可能引起应力集中。
编 值 参 参数 编节材物截几
号
考 考量 号点料理面何
系系
编特特特 数
代代
号性性性 据
码码
码值
码
位载热其 移荷边他 约条界边 束件条界 数数件条 据据数件
据数 据
8-5 有限元建模的基本流程 参数化实体造型
物理属性编辑器
载荷、约束 材料
力学属性编辑器
基于实体的物理模型
几何元素编辑器
对称/反对称简化 中线/中面提取 小特征删除/抑制
用可视化方法（等值线、等值面、色块图）分析计算结果，包括 位移、应力、应变、温度等；
最大最小值分析； 特殊部位分析。
8-2 有限元建模的重要性
在有限元分析过程中，建模是其中最为关键的环节。因为： 1.影响结果精度：有限元模型要为计算提供所有原始数据，
这些输入数据的误差将直接决定计算结果的精度。如果模型本身 不合理，即使计算算法再精确，也不可能得到高精度的分析结果。 因此，模型的合理性是决定结果精度的主要因素。 2.影响计算过程：模型不仅决定计算精度，还影响计算的过程。 对于同一分析对象，不同的模型所需要的计算时间和存储容量可 能相差很大，不合理的模型还可能导致计算过程死循环或终止。 3.对人员要求高：由于分析对象的形状、工况条件、材料性质 的复杂性，要建立一个完全符合实际的有限元模型是很困难的。 它需要综合考虑的因素很多，如形状的简化、单元类型的选择、 边界条件的处理等等，从而对分析人员的专业知识、有限元知识 和软件使用技能等方面都提出了较高的要求。 4.花费时间长：建模所花费的时间在整个分析过程中占有相当 大的比例。对分析人员来讲，他们的工作不是开发有限元分析软 件，而是如何利用软件（如ANSYS）分析他们所关心的结构。 分析过程中，分析人员可把计算过程作为“黑匣子”来对待，而 把精力主要集中在建模上。通常，建模所花费的时间约占整个分 析时间的70%左右。因此，提高建模速度是缩短分析周期的关键。
基于有限元的横梁弯曲变形分析及补偿
有滑板、滑枕及主轴头 的外力 作用 。通 过有 限元分 析 ， 最大的变形 在横 梁 的 中间部分 为 ０ １６ ｍ ．７ ｍ ，如 图 ５所 示 。将滑板放 在 ｙ向行程 的极 限位置 ，每移 动 ２０ ｍ， ０ｍ 进行一次有限元分析 ，记录该点 处的变形量 ，最后拟合 曲线 ，为进行横梁 的弯曲补偿做数据基础。
梁 的 下 凹 弯 曲 变
形 ，从而实现 ｙ向
定 的影 响。 由 于
图 ６ 变形 被偿 的导轨 面
横梁 是 焊 接 件 ，焊 接后 的 横 梁必 须 进
的水平运动 ，抵 消
行去除应力 处理 。由于条件 的限制 ，会有部 分残余应力 存 在。残余应力使按照理论计算结 果加工 出来 的导轨 面
；
嚣 熬 ≮－、 峨 ：－
基 于 有 限 元 的横 梁 弯 曲 变 形 分 析 及 补偿
沈 阳中捷机床有限公 司 （ 辽宁 １０４ ） 孟宪君 １１２ 范春宏 吴 丽
大型桥式龙门加工 中心 的横梁部分 ，通过滑座 安装
２ ．横梁有限元模型的建立
进行有限元分析前将实体进行简化 ，并按照 已确 立 的结 构 赋予 所需 数 据 。横 梁重 为 １ ６０ ｇ ３ ０ ｋ，滑 板 重 为 ２６２ｇ ８ｋ，滑枕重为２ ５ｋ ，主轴头重为 ８０ ｇ ０ｇ ２ ５ｋ ，滑板和
样不仅可 以缩短生产周期 ，降低成本 ，最重要 的是 可 以
较大程度地提高装配精度 。ＭＷ
（ 收稿 日期 ：２ １０ ２ ） ０ ０ ２ ２
《 金属加工 （ 热加工 ） ０ ０年 第 １ 》２ １ １期要 日
大跨度变截面连续箱梁有限元分析
且越靠 近顶 层这 种偏差 越大 ｌ。用一 次加 载法 和考虑 施工 过程 ４ Ｊ
法解出的顶 层竖向位移分别是 ３ ７ｔｎ 和 １ ． 眦 。 ． ｌ ０ １ｒ ｎ
版社 。０ ３ ８ — ７ ２ ０ ． ６８ ．
［ ］ 兴荣． ３唐 巨型框 架 结构 与框 架一 剪力墙一 巨型框 架结 构计 算
应 力混凝 土变截面连续 箱粱 ， 引桥 长 ８ ０ｍ， 别 为 ３ ２ 分 ０ ｍ＋１ × ０ １ 平面杆系有 限元计算分析
４ 和 ９ ４ ３ 预应力 混凝 士等截 面连 续箱 梁 ， ０ ｍ × ０ｍ＋ ０ｍ 该桥设 １ １ 平 面杆 系有 限元模 型 ． 计荷 载为 ： 汽一２ ， ０ 挂一 １０ ０ 。文 中基 于通 用 有 限元程 序 Ａ Ｙ ＮＳ Ｓ 通 过平 面杆 系有限元模型可 以直 接求得箱 梁的 内力弯矩以
３． ． 柱端弯矩 的比较 ３２ 图形上看则是边柱 的有 整体 内移 的 ， 中柱 差别 不大 ； 由于 巨型 横
巨型粱和 巨型柱 组成 主要 的受 力体 系 ， 巨型 横梁 的 在 柱端弯矩变化 较大 ， 与 巨型横梁 相交 几层 柱 以外 ， 除 考虑施 梁 的影 响， 上下层 梁柱弯矩所 以会有较大突变 。 工过程 的边 柱柱顶 弯矩 要大于一次加载 情况 ， 柱底弯矩 与一次加 载情况反 号 ， 但是柱顶弯矩 和柱底 弯矩之 差两者相 差不大 。顶层 对于柱 中轴力结果是 中柱偏小 ， 顶层 出现负值 ， 边柱偏 大 ， 其 边 柱的柱顶弯矩 差别最大 ， 后者是前 者 的 ４ ６倍。考虑施 工过程 原 因是一次加载时 的巨型 整体框 架 更大地 体现 了两级受力体 系 ． 两边 一 的中柱柱顶和柱底弯矩无统一规律而言， 但弯矩数值不大， 和一 的特点 ， 巨型柱承 受大 部分轴 力 ； 次加 载楼层 竖向位 移在 次加载情 况下相 似。
大跨度开口钢箱-混凝土组合箱梁有限元参数分析
前， 有限元计算值 与实测结果相差很小 ， 结果合理
合箱梁 的“ 梁段 有 限元 法 ” 。在此基 础上 ， 编制 了相
图 ２ 荷栽 一挠度 曲线
Ｆｇ ２ Ｌ ａ ｉ ． ｏ ｄ—ｄ ｆ ｃ ｉｎ ｃ ｒ ｅ ｅｌ ｔ ｕ ｖ ｓ ｅ ｏ
应的组合箱梁非线性空间有限元程序 Ｃ Ａ １０并 Ｂ Ｐ． ， 与试验结果进行比较。利用该程序进行了实体模型 计算。实体模型标准设计如图 １ 所示 ， 跨度为 ４ ０ ０ ０ ｍ 混凝土弹性模量为 ３２ ／ ｍ × ０ Ｎ 咖 ｍ， ．５Ｎ ｍ ２ １ ／ ，
平整度等进行有 限元参数分析 。得到不 同设计参数对组合 箱梁承载 力、 刚度、 滑移 、 剪力滞后等力学性能的影响规律 。 关键词 ： 一混凝 土组合 箱梁； 钢 有限元 ； 滑移； 参数分析 ； 限承载力 极
中 图 分 类 号 ：Ｕ １ ． ； ４ ８ ２ Ｔ ３７ １ Ｕ ４ ． １ 文献标志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ２— ０ ９ ２ １ ） １ ００ ０ １７ ７ ２ （０ ２ ０ — ０ ５— ７
ｔ ｎ，ｒ ｔ ｆ ｅ ｇ ｔｔ ｉｋ ｅ ｓｏ ｅ ｉ ｏ ａｉ ｏ ｉｈ ｏ ｔ ｃ ｎ ｓ ｆｗ ｂ，ｆｒ ｅ ｒ ｔ ｎ ａ ｄ ｉ ｉ ａ ｅ ｒ ｅ ｏ ｏ ｏ ｈ ｈ ｏ ｃ ａ ｉ ｎ ｎ ｔ ｌ ｇ ｅ ｆ ｎ—ｐ ａ ｅ ｗｈ ｃ ａ ｅ ｉ ｆ ｅ ｃ ｐ ｏ ｉ ｄ ｎ ｌｎ ， ｉｈ ｈ ｖ ｎ ｕ ｎ ｅ ｕ — ｌ
更重要的是 ， 对于组合梁 ， 在负弯矩区截面 ， 由
于混凝 土开 裂退 出工作 ， 混凝 土板 中所 配钢 筋与 钢 梁起决 定性作 用 ， 组合梁 中负弯 矩 区中配筋 量对 钢 梁受 压 区高 度起重 要作 用 ， 因此 力 比将 成 为影响组 合箱 梁局部屈 曲和 极 限 承载 力 的重 要 因素 。到 目
基于有限元方法的架桥机主梁结构设计与优化
高 强 度 螺
经 计 算 可 知 ： 化 后 箱 梁 的 面 积 减 小 了 ８ 且 截 面惯 性 优 ％， 模 量 增 加 ６ ，说 明材 料 经 过 优 化 后 得 到 了合 理 的 分 配 利 用 ， ％
节 省 材 料 的 同 时 ， 高 了 力学 性 能 。 提
系 数 ０７为考 虑 连 接 杆 件受 压 变 形 对 预 紧 力 的减 小 系 数 。 ． 经 计 算 ， 承 受 Ⅳ、 和 Ｑ 的 联 合 作 用 下 ， 栓 所 承 受 的最 大 在 螺 的载 荷 为 ：
的 目的 。■
参 考文 献 ［ 焦宏 涛． 于 Ａ Ｓ Ｓ的 ９ ０ １］ 基 ＮＹ ０ ｔ级 高速 铁 路 架 桥 机 主 结 构 设 计
研 究 ［ ］西 南 交 通 大 学 ， ０ ６ Ｄ． ２０．
［ ３ 智 ． 于 有 限单 元 法 的架 桥 机 关 键 技 术 研 究［ ］ 安 大 ２丁 基 Ｄ． 长
表 １ 优 化 前 后 尺 寸 对 比
ｏ ｏｏｏ ｏ ｏｏｏｏ ｏｏｏｏ
ｂ）内 应 力 分 布 云 图
图 ６ 有 限元 分 析 结 果 １４ 螺 栓 校 核 ． 主梁整体尺寸庞大 ， 为便 于装 拆 和运 输 ， 节 段 间采 用 拼 各 接 板 栓 接 。 目前 有 两 种 连接 方式 ： 铰接 连 接 和 用 高 强 度 螺栓 连 接 。 由于 铰 接 连 接 有 一 定 间 隙 ， 易造 成 主梁 整 体 变 形 较 大 ， 不
２２ ． 目标 函 数
１ ．４ ２３ ９ ｌ ．２ ８５ ３ ２ ．９ ４６ ８ ３ ．７ ０８ ２ ３ ．４ ７０ ７
ＵＳ ＵＭ （ ＡＶＧ ）
Ｓ ０Ｖ＝ Ｅ Ｏ
ＤＭ Ｘ：１ ２４４ ４． ＳＭＸ＝５５． ５７
高墩大跨连续刚构桥稳定性有限元分析
高墩大跨连续刚构桥稳定性有限元分析摘要:基于结构稳定性理论，以贵州肇兴四跨预应力混凝土连续刚构桥为工程背景，运用有限元程序MIDAS/Civil的子空间迭代法分析了双薄壁墩施工完成阶段，最大悬臂状态及成桥状态的稳定性，结果均满足要求。
关健词:连续刚构桥;双薄壁高墩;稳定性；有限元Abstract: based on the structural stability theory, the guizhou ZhaoXing SiKua prestressed concrete continuous rigid frame for engineering background, by using the finite element program MIDAS/Civil the subspace iteration method of the double thin-wall piers analysis of construction completion phase, the biggest cantilever condition and the stability of the bridge state, the results are all meet the requirements.Keywords: continuous rigid frame; Double thin-wall high pier; Stability; Finite element1．结构稳定基本理论在稳定平衡状态，根据势能驻值原理得到结构的平衡方程为:（[]+[]）{U} = {P} （1）式中，[]为结构弹性刚度矩阵；[]为结构几何刚度矩阵；{U}为结构节点位移向量; {P}为结构节点荷载向量。
经变换得特征值方程为：（[]+[]）{} = 0 （5）式中，为第i阶特征值；{} 为与对应的特征向量，即屈曲模态。
桥梁有限元仿真分析计算
ANSYS GUI中六个窗口的总体功能
输入
显示提示信息，输入ANSYS命令，所 有输入的命令将在此窗口显示。
应用菜单
包含例如文件管理、选择、显 示控制、参数设置等功能.
主菜单 包含ANSYS 的主要功能 ，分为前处 理、求解、 后处理等。
输出
显示软件的文本 输出。通常在其 他窗口后面，需 要查看时可提到 前面2。012/5/13
（4）单元特性定义 有限元单元中的每一个单元除了表现出一定的外部形状外，还 应具备一组计算所需的内部特征参数，这些参数用来定义结构材 料的性能、描述单元本身的物理特征和其他辅助几何特征等.
（5）网格划分 网格划分是建立有限元模型的中心工作，模型的合理性很大程
度上可以通过所划分的网格形式反映出来。目前广泛采用自动或 半自动网格划分方法，如在Ansys中采用的SmartSize网格划分方 法就是自动划分方法。
2、建立有限元模型的一般过程 有限元分析中建模过程有下面7个步骤： （1）分析问题定义 在进行有限元分析之前，首先应对结果的形状、尺寸、工况条件等进
行仔细分析，只有正确掌握了分析结构的具体特征才能建立合理的几何 模型。
总的来说，要定义一个有限元分析问题时，应明确以下几点： a）结构类型；b）分析类型；c）分析内容；d）计算精度要求；e） 模型规模；f）计算数据的大致规律
钢-混凝土组合梁结构试验研究与有限元分析
钢-混凝土组合梁结构试验研究与有限元分析胡少伟;喻江【摘要】双箱钢-混凝土组合梁结构是一种新型钢-混凝土组合结构，具有较好的应用前景。
为研究该种组合梁的结构性能，并分析其强度和刚度的主要影响因素，设计了两根组合梁模型进行试验研究。
通过测试其跨中截面应变、纵向挠度、承载能力等参量来分析该组合梁的荷载应变曲线、荷载挠度曲线等。
借助有限元软件ANSYS 建立了组合梁的三维空间有限元模型，考虑材料非线性，对该组合梁模型进行了有限元分析。
分析结果与试验结果的比较分析表明，两者吻合良好，表明该研究对工程应用具有一定的指导作用和参考价值。
%The double - box steel - concrete composite beam structure is a new type of steel - concrete composite structure that has wide application prospect. In order to further investigate the mechanical performance of the composite structure and analyze the influential factors of strength and stiffness,two specimens model beam were designed and studied. Through the measuring pa-rameters such as the strain of mid - span cross - section,longitudinal deflection and bearing capacity,the loading - strain curve and loading - deflection curve were analyzed. By consideration of the material nonlinearity,a 3D model for the composite beam is established and analyzed by ANSYS. Finally,the comparative analysis between experimental test and finite element simulation is conducted,which shows a high correlative agreement with each other. This research has a certain guidance and reference value for engineering application.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2015(000)008【总页数】6页(P50-55)【关键词】双箱组合梁;试验研究;有限元模拟;对比分析【作者】胡少伟;喻江【作者单位】南京水利科学研究院材料结构研究所，江苏南京 210024;南京水利科学研究院材料结构研究所，江苏南京 210024; 河海大学土木与交通学院，江苏南京 210098【正文语种】中文【中图分类】TV335钢-混凝土组合结构经过近100 a的研究和发展，因其具有良好的受力性能已广泛应用于交通工程、桥梁工程、高层建筑工程等领域。
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# 机械研究与应用 #
研究与分析
梁的对称性, 只用选取其中的 4处进行静力分析。危 险截面 1为梁端截面, 此处剪力最大; 危险截面 2、3 为梁的两个变截面处, 此两处的集中应力最大; 危险 截面 4为跨中截面, 此处作用有最大弯矩。 3. 1 刚度校核 [ 7, 8]
最大变形发生在梁中截面附近, 最小变形发生在 梁两端面至约束之间的截面上。X 方向最大变形量 为 - 8. 004mm , 如图 6所示。 Y 方向最大变形量为 8. 092mm , 如图 7所示。按 5钢结构设计手册 6规定 的扰度容许值 计算方法, X 方向的容许 挠度为 [ 6 ] L / 2200= 21. 82mm > 8. 004mm, Y 方向上 的容 许挠 度 为 [ 6] L / 1200= 40mm > 8. 092mm, 可见该梁的刚 度能 够满足要求且还有较大冗余。
# 37#
研究与分析
24mm; 梁端截面如图 2所示。
# 机械研究与应用 #
性: 腹板 h /tw 均小于 250要求, 箱梁腹板应配置横向 加劲肋, 受压区纵向加劲肋, 且宜配置受压区短加劲 肋 [ 3 ~ 6 ] 。跨中腹板加劲肋的设置: 横向加劲肋的间距 a= 4000mm; 短加劲肋的间距 a1 = 1000mm; 纵向加劲 肋至上翼缘的距离: 初取 h1 = 750mm; 端部腹板加劲 肋设置: a = 3800mm, a1 = 875mm, h1 = 750 mm。腹板 横向加劲肋采用 - 270 @ 18mm; 短横向加劲肋采用 220 @ 18mm; 纵向加劲肋采用普通槽钢 22a[ 5] 。
1 箱型梁结构设计
箱型梁结构设计主要是在已知小跨度箱型轨道 梁设计标准的基础上, 进行类比设计。对各种设计方 案的轨道梁均应按三向组合载荷进行强度计算。设 计时要求梁有足够的抗弯刚度, 即在荷载标准值下, 梁的最大挠度不大于规定的容许挠度 [ 2] 。
表 1 吊车的主要参数
台数起 级别 跨度 小车重 质量 ( t) 钩别 L /m g / t
参考文献:
[ 1 ] 张质文. 起重机设计手册 [ M ] . 北京: 中国铁道出版社, 1998. [ 2 ] 李家宝. 结构力学 [ M ] . 北京: 高等教育出版社, 2004. [ 3 ] 高秀华, 王云超, 李国忠. 金属结构 [ M ]. 北京: 化学工业出版社,
2006. [ 4 ] 包头钢铁设计研究总院. 钢结构 设计与计算 [ M ]. 北京: 机 械工
本文设计的箱型梁, 腹板高度小于 4750mm 的部分 长 8000mm。其中, 靠近端部有长 3000mm, 高 3045mm 的 非变截面段, 连接高 3045mm 梁段和高 4750mm 梁段的 是 5000mm 长的变截面梁, 如图 3所示。
为保证梁的抗扭刚度, 应在梁端部设置端支撑及 沿梁全长设置刚性横隔, 其间距约为横隔 间距: a = 4000mm, 并与腹板横向加劲肋间距相协调, 隔板由中 间 孔 洞 镶 边 的 钢 板 组 成, 刚 性 横 隔 的 材 料 采 用 Q 235B。
上翼缘纵向加劲肋的设置: 按局部稳定性要求, 箱型梁的受压上翼缘下表面应沿翼缘全长设置两道 纵向加劲肋, 纵向加劲肋采用工字钢 32b[ 7 ] , 其间距 分别为 540mm, 520mm 和 540mm。
2 分析模型的建立 [ 8]
该吊车梁模型较大, 考虑到计算的经济性, 采用 面来模拟梁身焊接钢板。首先在 ANSYS工作平面上 按一定顺序建立各钢板模型, 再通过 AOVLAP 命令 将各面元连接起来, 其厚度将在选用单元时通过实常 数的形式给定, 由于吊车梁结构上完全对称, 在建模 时先建立一半模型, 再通过 ARSYM 命令镜像生成另 一半, 然后通过 AOVLAP 命令将两部分连接成一个 整体; 箱梁的几何模型如图 4所示。设置全局的单元 尺寸为 100mm, 采用自由网格划分方法对整个模型 进 行 网 格 划 分, 吊 车 梁 主 体 选 用 弹 性 壳 单 元 SHELL63, 纵向加劲肋选用梁单元 BEAM 188, 弹性模 量取 207GPa, 泊松比取 0. 3, 密度取 7. 8kg /m3。其局 部有限元模型如图 5所示。
Abstrac t: In th is article, the des ign o f box beam track 48m in length on the ana logy of the ex isting des ign standards ism a inly
introduced. The beam stress and stra in is analysed in ANSY S. A nd the beam strength and stiffness is checked. T hrough com-
类载荷均应按不同计算项目分别采用标准值或乘以 荷载分项 系数、动力系数 的计算值 [ 4] 。作用于轨道 梁的荷载可用最 大轮压求出 [ 3] ; 作用 在轨道梁上的 均布载荷有箱梁、轨道、走台 ( 或水平桁架 ) , 栏杆 (或 辅助桁架 )等质量, 可近似简化为将轮压乘以荷载增 大系数 B来考虑。
( 1. S ichuan electric p ow er transm iss ion & transform ation construction comp any, Chengdu S ichuan 610051, China;
2. M echanic and material co llege, Three gorges university, Y ichang H ubei 443002, Ch ina)
s is for reduc ing the beam we ight and cost, ba lancing its stress and stiffness and optim izing the design.
K ey word s: box g irder; structura l design; AN SYS; stress analysis
paring the design calculations and ANSYS analysis results, the effec tiveness o f the design is furthe r approved. A nd compre-
hensive eva luation of the track beam stress leve ls, stiffness distr ibution, w eak links and surp lus sites prov ide the necessary ba-
计算结果
表 3 梁的承载力计算结果
最大强度
竖向挠度
129. 90N /mm2 23. 59mm
水平挠度 21. 88mm
本文所设计的轨道梁, 其布 置方式为简支梁 形 式, 所以宜选择变腹高梁。改变梁高将梁做成中间为 等截面而向两端逐渐减小的折线形梁, 端部的高度应 按抗剪计算确定并不宜小于 0. 5H, 其变化形式可为 在靠近梁端阶型突变式, 也可以为在梁端沿梁全长的 L /6范围内渐变式 [ 3] 。
图示
1台 A7
48Байду номын сангаас
70
200 /50 硬钩
1. 1 设计参数 选用材料 Q 235B, 设计资料 [ 1] 如表 1、2所示。
表 2 双梁吊钩式小车轮压
起重量 轮压
( t)
( t)
轮距 (mm )
图示
200 /50 P 1 P 2
b
a
36 31 2270 830
1. 2 设计步骤 ( 1) 设计载荷及其组合。作用在轨道梁上的各
比较手算结果和 ANSYS 分析结果可以得到: 由 ANSYS分析的跨中强度为 133MP a, 与计算结果 129. 9M P a相差不大, 说明箱梁的强度满足设计要求, 也证 明了设计的合理性。但 ANSYS分析的梁端剪应力为 115MP a, 与计算值 62. 63MP a相差很大。可能是由于 该吊车梁模型庞大, 此分析旨在得到梁整体的应力分 布, 故对约束进行简化, 在支座约束处产生很大的应 力集中, 致使支座截面的剪应力值存在误差。具体结 果如表 5所示。
表 5 比较手算结果和 ANSYS分析 结果
跨中强度 ( M Pa) 梁端剪应力 ( M Pa)
刚度 (mm )
手算结果
129. 9
62. 63
X
Y
21. 88 23. 59
AN SY S分析结果
133
115
X
Y
8. 004 8. 092
4结 论
通过对大跨度箱型梁的设计和有限元分析可知 结构的强度、刚度完全满足设计要求。但是理论计算 结果和 ANSYS分析的结果有一定的出入, 可能是由 于在 ANSYS建模过程中部分结构是按设计结构近似 模拟和对结构简化 造成的误差, 不影 响结构的正确 性。从分析可以看出, 梁的刚度有很大程度的富余, 可以对其进行优化设计以使其结构更加紧凑, 耗材更 少, 费用更低。
# 机械研究与应用 #
研究与分析
大跨度箱型梁结构设计与有限元分析*
牟小林 1, 李利波 2
( 1. 四川电力送变电建设公司, 四川 成都 610051; 2. 三峡大学 机械与材料学院, 湖北 宜昌 443002)
摘 要: 主要利用现行的设计标准进行类比设计跨度为 48m 箱型轨道梁, 并利用 AN SYS软 件进行轨 道梁的应力 和应 变分析, 校核其强度和刚 度; 通过对设计计算结果和 AN SYS 分析结果的 比较, 进一步 验证设计 的有效 性。全 面评价轨道梁的应力水平、刚度分布情况、薄弱环节和富余部位, 为减轻梁重量、降低成 本、均衡梁的应力与刚