某公路簡支鋼桁梁結(jié)構(gòu)驗算

陳志龍+王雷

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

【關(guān)鍵詞】鋼桁梁；貝雷；橫向分布；有限元；結(jié)構(gòu)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(nèi)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(shè)計有效荷載為500KN，主梁采用321型標(biāo)準(zhǔn)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(jié)安裝4根，橋面鋪裝設(shè)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(jié)構(gòu)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(xù)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(jù)設(shè)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(jié)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(jié)果如圖1-4所示：

（6）各橫梁所分擔(dān)的荷載結(jié)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(yīng)時，需要偏安全地考慮荷載的橫向分布系數(shù)，可采用跨中附近橫梁橫視為彈性支撐連續(xù)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(shù)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(shù)應(yīng)分別計算，其中，恒載橫向分布加載模型圖及計算結(jié)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(jié)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(jié)果圖如圖2-5所示：

（4）貝雷桁架荷載計算結(jié)果匯總?cè)绫?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(yīng)力強度驗算，結(jié)果如下：

（5）結(jié)論：驗算結(jié)果表明，橫梁在使用荷載作用下滿足應(yīng)力正應(yīng)力在容許應(yīng)力線范圍之內(nèi)，正應(yīng)力強度滿足要求；最大剪應(yīng)力為7.53MPa，剪應(yīng)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(jié)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(yīng)力強度驗算，結(jié)果如下（見圖4-5到圖4-7）：

5.2 貝雷梁下弦桿計算結(jié)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(yīng)力強度驗算，結(jié)果如下（見圖4-11-圖4-13）：

5.3 貝雷梁加強弦桿計算結(jié)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(yīng)力強度驗算，結(jié)果如下（見圖4-17-圖4-19）：

5.4 貝雷梁整體計算結(jié)果（見圖4-20-圖4-23）。

（1）最大正應(yīng)力為85.38MPa；

（2）最大剪切應(yīng)力為115.15MPa；

（3）最大主應(yīng)力為145.67MPa；

（4）豎向最大位移為20.93mm；

（5）結(jié)論：驗算結(jié)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(jié)束語

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

參考文獻

[1] 葉見曙.結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M]..北京：人民交通出版社，2015.06.

[2] 邵旭東.橋梁工程[M]..北京：人民交通出版社，2004.01.

[3] 邵旭東.橋梁設(shè)計與計算[M]..北京：人民交通出版社，2007.02.

[4] 葛俊穎.橋梁工程軟件Midas Civil使用指南[M]..北京：人民交通出版社，2013.06.

[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(xué)歷：大學(xué)本科，職稱：工程師；長期從事公路施工和工程管理工作。