某公路簡支鋼桁梁結構驗算

陳志龍+王雷

【摘要】針對某公路簡支鋼桁梁的結構驗算，建立了空間有限元計算模型，并結合橫向分布的概念，可有效模擬使用荷載的作用，統一了平面計算問題中有關荷載縱橫向分布的復雜簡化問題，且計算結果可靠，可供廣大技術人員參考。

【關鍵詞】鋼桁梁；貝雷；橫向分布；有限元；結構驗算

【Abstract】Aiming at the structural checking of simply supported steel truss girder， a finite element model of space is established. Combined with the concept of transverse distribution， the effect of load can be effectively simulated， and the complicated and simplified problem of vertical and horizontal distributions in plane calculation problem is unified ， And the calculation results are reliable， for the majority of technical personnel reference.

【Key words】Steel truss girder； horizontal distribution； finite element； structural checking

1. 工程概述

某公路簡支鋼桁梁為安徽省境內合巢蕪高速公路改建工程中的一座臨時便橋，鋼橋全長36m，共2跨，橋面凈寬3.0m，設計有效荷載為500KN，主梁采用321型標準貝雷片，為下承式三排單層加強型貝雷；橫梁采用28號工字鋼，每節安裝4根，橋面鋪裝設置橋面板，橋面板采用6根6.0m的12號工字鋼和8mm的花紋板焊接而成。結構整體示意圖如圖0所示：

2. 橫梁荷載計算

（1）全橋橫梁支撐于貝雷桁架，計算橋面系恒載、活載時，采用橋面單元加載，將各個橫梁位置作為彈性支撐，將橋面單元視為彈性支撐連續梁，支撐剛度按橫梁簡支的跨中變形特征值考慮。所計算出的支撐反力即為橫梁所分配的橋面恒載與活載，有限元空間模型如圖1所示：其中梁單元 60 個。

（2）橋面恒載大小根據設計圖紙計算確定（略），橫梁所分配的橋面恒載計算模型加載圖如圖1-1所示：

（3）橫梁所分配的橋面恒載計算結果如圖1-1所示：

（4）橫梁所分配的橋面活載計算加載圖如圖1-3所示：

（5）橫梁所分配的橋面活載計算結果如圖1-4所示：

（6）各橫梁所分擔的荷載結果如表1所示：

3.貝雷桁架荷載計算

（1）全橋共計6片貝雷桁架，計算橋面恒載及活載效應時，需要偏安全地考慮荷載的橫向分布系數，可采用跨中附近橫梁橫視為彈性支撐連續梁，支撐剛度近似按貝雷桁架簡支的跨中變形特征值考慮。貝雷桁架橫向分布系數有限元空間模型如圖2所示：

（2）橋面恒載與活載的橫向分布系數應分別計算，其中，恒載橫向分布加載模型圖及計算結果圖如圖2-1、2-2所示，活載橫向分布加載模型圖及計算結果圖如圖2-3、2-4所示：

（3）貝雷桁架橫梁自重計算加載計算結果圖如圖2-5所示：

（4）貝雷桁架荷載計算結果匯總如表2所示：

4. 橫梁（I28）驗算

（1）建立橫梁梁工字鋼（2I28）驗算空間有限元模型如圖3所示，其中梁單元 18 個。

（2）計算荷載如表1.1所示，計算時按最不利荷載組合考慮，即計算表中的13號橫梁，如下圖3-1所示。

（3）橫梁在最不利荷載下的彎矩分布如下圖所示：

（4）對13號橫梁梁作應力強度驗算，結果如下：

（5）結論：驗算結果表明，橫梁在使用荷載作用下滿足應力正應力在容許應力線范圍之內，正應力強度滿足要求；最大剪應力為7.53MPa，剪應力強度滿足要求；最大豎向位移為3.0mm，滿足使用要求。

5. 貝雷桁架驗算

建立貝雷桁架驗算空間有限元模型如圖4所示，其中梁單元 78 個。

計算荷載如表1.2所示，計算時按最不利荷載組合考慮，如下圖4-1所示。

5.1 貝雷梁上弦桿計算結果。

（1）上弦桿在最不利荷載下的彎矩及剪力圖下圖所示（見圖4-2-圖4-4）：

（2）應力強度驗算，結果如下（見圖4-5到圖4-7）：

5.2 貝雷梁下弦桿計算結果。

（1）下弦桿在最不利荷載下的彎矩及剪力圖下圖所示（見圖4-8到圖4-10）：

（2）應力強度驗算，結果如下（見圖4-11-圖4-13）：

5.3 貝雷梁加強弦桿計算結果。

（1）加強弦桿在最不利荷載下的彎矩及剪力圖下圖所示（見圖4-14-圖4-16）：

（2）應力強度驗算，結果如下（見圖4-17-圖4-19）：

5.4 貝雷梁整體計算結果（見圖4-20-圖4-23）。

（1）最大正應力為85.38MPa；

（2）最大剪切應力為115.15MPa；

（3）最大主應力為145.67MPa；

（4）豎向最大位移為20.93mm；

（5）結論：驗算結果表明，貝雷梁在最不利荷載組合作用下，強度和位移滿足使用要求。

6. 結束語

本文針對某公路簡支鋼桁梁的結構驗算，建立了空間有限元計算模型，并結合橫向分布的概念，可有效模擬使用荷載的作用，統一了平面計算問題中有關荷載縱橫向分布的復雜簡化問題，且計算結果可靠，可供廣大技術人員參考。

參考文獻

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[文章編號]1619-2737（2017）07-02-635

[作者簡介] 陳志龍（1976.09-），男，籍貫：安徽霍邱人，學歷：大學本科，職稱：工程師；長期從事公路施工和工程管理工作。