考虑整体节点刚域影响的钢桁梁桥空间受力计算分析.pdf

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1、第33卷，第5期中国铁道科学V01．33No．52012年9月CHINARAILWAYSCIENCESeptember，2012文章编号：1001—4632(2012)05一o008一07考虑整体节点刚域影响的钢桁梁桥空间受力计算分析黄永辉1，王荣辉2，饶瑞1(1．广州大学广州大学一淡江大学工程结构灾害与控制联合研究中心，广东广州510006；2．华南理工大学土木与交通学院，广东广州510640)摘要：现代钢桁梁桥中大量采用整体节点技术。在建立全桥有限元计算模型时，其节点刚域的处理关系到计算结果

2、的准确性。以东莞东江大桥为工程背景，采用带刚臂梁单元模拟钢桁梁桥整体节点板的刚度增强作用，建立全桥计算模型进行受力分析。该桥的有限元计算结果与动静载试验结果的对比表明：节点刚域对桥梁结构受力性能的影响不可忽略，不考虑节点刚域的影响时，桥梁中主桁和边主桁的挠度实测值与计算值的误差高达30％；采用刚臂梁单元考虑节点刚域影响后，误差减小约50％，而且上下弦杆以及加劲弦的应力计算结果与实测结果更吻合，模态频率的计算结果与实测结果的误差也不超过5％，计算精度显著提高。关键词：钢桁梁桥；整体节点；刚域；刚臂

3、；有限元模型；受力性能中图分类号：U448．14；U448．211文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn-1001—4632．2012．05．02随着我国钢产量的提高和钢桥建造技术的发过模型试验发现，由于节点刚性的影响，弯矩引起展，目前大跨度桥梁有向钢桥发展的趋势[1{]。然的次应力可达到总应力的30％左右。文献[9]通而对于钢桥特别是采用整体节点的钢桁梁桥，在采过试验研究了冷弯型钢桁架节点刚度的计算方法，用空间梁单元建立有限单元模型时，往往会遇到这并提出了桁架节点转动刚度的理论计算

4、模型，但其样的问题：节点附近的杆件段常常与刚性很大的节研究的为螺栓连接节点，与钢桥中的整体节点有所点块联在一起，如图l所示，这时杆件的刚度只能区别。文献[10]建议采用建立全桥板壳单元模型是指节点刚性块以外的部分[3]，如果把杆件的长度分析钢桁梁桥，其可以考虑节点刚域的影响，但该计算为节点之间的距离，势必会把杆件的刚度算得方法建模工作量大，计算时间长，且后处理复杂。太小。设计规范并没有给出考虑节点刚域影响的计算方法，这在设计计算时将带来一定的误差。我国《铁路桥梁钢结构设计规范》[4]规定，主桁杆

5、件截面高度与节长之比在连续桁梁中不大于1／15，简支桁梁中不大于1／lo时，可不考虑节点刚性的影响。但实际情况并非如此，文献[5]的研究结果表明：图1整体节点示意图多座钢桁梁桥实测挠度比计算挠度小15％至30％，其中一个原因就是复杂节点刚域的影响，但其没有综合国内外研究可知，目前处理节点刚域问题给出考虑节点刚域影响的计算方法。欧洲规范的方法主要有3种：①主从节点自由度法[1u；②(Eurocode3)[6]也仅仅给出了铰接节点，刚性节点刚性材料法[121，即在节点处采用细化单元和节点和半刚性节点

6、的处理方式，而没有给出整体节点刚的方法，用大刚度的单元代替节点板；③带刚臂的域的处理方法。文献[7]采用空间梁单元，将整空间梁单元法[13

7、。第1种方法视强制主节点和从体节点模拟成铰接和刚接2种情况，分析比较了节节点的相应自由度完全相同，节点区域为刚性体，点刚度对钢桁梁桥受力的影响，认为两者差别很这就排除了其所模拟“刚性体”发生转动的可能，过高的估计了节点的刚度。另外，该方法还需要细大，整体节点刚度的影响不可忽略。文献[8]通收稿日期：2011一08—25；修订日期：2012一07一05基金项目

8、：国家自然科学基金资助项目(51208123，51208229)；广东省科技计划国际合作项目(20098050200015)作者简介：黄永辉(1982一)，男，湖南株洲人，助理研究员，博士。第5期考虑整体节点刚域影响的钢桁梁桥空间受力计算分析化节点，建模稍显复杂。第2种方法的建模工作量“n“l大，计算时间长且容易出错。第3种方法更为简便％让实用，其将节点区域中刚度较大的部分等效为刚臂t％zu挽一，最一处理，不仅可以考虑节点刚域的影响，而且建模简红钆单。文献[13]采用带刚臂梁单元处理了斜拉桥建钆

9、以模计算中斜拉索与主梁和主塔锚固端不交于同一点铊以的问题。但目前国内外研究尚无采用带刚臂梁单元式中：最和占i分别为n节点和i节点的位移向量；计算钢桁梁桥整体节点刚度影响的实例。D口为口节点和i节点的位移转换矩阵。本文以东江大桥为工程背景，采用带刚臂梁单若记单元节点位移向量为6。，转换到主节点i元模拟整体节点板的刚度增强作用，考虑整体节点和歹上的单元节点位移向量为否。，则有刚域影响对钢桁梁桥空间受力进行计算分析。c2，挽一(耋1；fD口j三1f妻1=廊。整体节点刚域的处理式中：D为单元位移转换矩阵