钢管拱桥吊杆与拱肋节点的疲劳应力分析.pdf

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1、器桥梁工程BridgeEngineering钢管拱桥吊杆与拱肋节点的疲劳应力分析裘新谷1，陈阶亮2，章燃灵2(1．杭州市建设委员会，浙江杭州310012；2．杭州市七格污水厂工程建设指挥部，浙江杭州310005)摘要：通过有限元分析的方法计算某钢管拱桥190m跨衍架钢锚箱在各种工况下局部应力产生的应力幅，以确保吊杆与拱肋节点的安全。关键词：桥梁；钢管拱；吊杆；节点；疲劳应力中图分类号：U448．22文献标志码：B文章编号：1009—7767(2010)04-0058-03FatigueStressAnalysisoftheNodeofS

2、teeveandArchRibonaSteelTubeArchBridgeQiuXingu，ChenJieliang，ZhangRanling某钢管拱桥190m大跨拱肋采用钢管混凝土结构，拱肋拱轴线形为二次抛物线。矢跨比为1／4。其断面形式为桁架，高4．5n1．宽2．6m，由4根0950mill的钢管通过腹杆和上下平联组成。拱肋中心距为29．4m，钢材采用Q345C。纵向4根钢管的壁厚自拱脚起在钢管四分点以下为24mm。以上为22mm：腹杆采用0400mmX14舢的钢管；上下平联水平向间距为2．0m，采用缪500mmxl0mm的钢管。拱

3、桥通过吊杆将桥面系荷载传到拱肋，再由拱肋传到桥墩，因此，吊杆是主要受力构件。吊杆纵桥向间距为8m，横桥向中心距为29．4m，由强度为l670MPa的高强度镀锌钢丝外包PE套制成，为工厂生产的成品索，现场安装。上层吊杆规格为2x5507mm，下层吊杆为2x8507mm，均采用可换式双吊杆，双吊杆在拱肋上呈“十”字形布置，考虑在拱肋锚固点位置受力复杂，采用锚箱方案。下层吊杆纵桥向布置，上层吊杆横桥向布置。上层吊杆锚具采用OVMDS(K)7—55，冷铸锚。吊杆结构见图1。1荷载及荷载组合结构疲劳计算按下式进行：Atr一<【△o-]。(1)式(

4、1)中：,,to-为焊接部位的应力幅；【△卅为容许应力幅。△盯=盯。一口血，(2)式(2)中：盯。为焊接部位的最大应力；盯凼为焊接部位的最小应力。为了得到应力幅．需要对钢锚箱进行不同荷载组58辛荭救求一盯2010No．4(Jul．)V01．28图1190m跨吊杆结构图合的计算。计算连接部位的局部应力时考虑了拱肋的轴向压力和上下层吊杆的轴向拉力2种荷载，进行了以下几种荷载组合：1)最大的拱肋压力+最大的吊杆拉力；2)最大的拱肋压力+最小的吊杆拉力；3)最小的拱肋压力+最大的吊杆拉力：4)最小的拱肋压力+最小的吊杆拉力。根据设计结构分析，其

5、中：最大的拱肋压力J7、r上,。--42890kN，Ⅳ下。=37650kN；最小的拱肋压力Ⅳ上R=22130kN，Ⅳ下min----"16020kN；最大的吊杆拉力Ⅳ上。=1506kN，Ⅳ下。=2083kN；最小的吊杆拉力Ⅳt曲=946kN，ⅣTnla----"l596kN。2分析方法采用通用的有限元计算程序对钢锚箱进行应力计算分析。建立有限元模型时取钢锚箱左右各1个节间的范围。由于结构关于下层吊杆平面对称，因此建模时只取该对称面的一半结构。计算时假定钢锚箱内的混凝土与钢锚箱的钢板在接触面上紧密接触．不产生滑动和分离．根据这一假定在建立

6、模型时钢锚箱内部的钢板可以保守地用混凝土代替。得到结构的实体模型见图2。图2结构实体模型计算时材料取用下列参数：钢材弹性模量为2．1×10skN／m2,泊松比为03；混凝土弹性模量为3．5x107kN／m2，泊松比为0．1667。位移边界条件的模拟：左端拱肋全部固结。右端拱肋沿拱肋轴向方向自由移动。其他方向约束。荷载作用方式：拱肋轴力和吊杆拉力以均布面荷载的形式作用于结构上。3各荷载组合下疲劳应力分析1)最大的拱肋压力+最大的吊杆拉力图3给出了整个结构和钢管沿管轴向方向的应力．从图3中可看出钢管全部处于受压状态，最大压应力为192MPa

7、。图4给出了钢锚箱外侧钢板的应力分布图。2)最大的拱肋压力+最小的吊杆拉力图5给出了整个结构和钢管沿管轴向方向的应力，图6给出了钢锚箱外侧钢板的应力分布图。3)最小的拱肋压力+最大的吊杆拉力图7给出了整个结构和钢管沿管轴向方向的应力，图8给出了钢锚箱外侧钢板的应力分布图。桥梁工程韶BridgeEngineering图3组合l作用下整个结构和钢管沿管轴向方向的应力(xlO’3MPa)图4组合1作用下钢锚箱外侧钢板的应力分布图(×l旷MPa)图5组合2作用下整个结构和钢管沿管轴向方向的应力(×l旷MPa)图6组合2作用下钢锚箱外侧钢板的应力

8、分布图(×10-3MPa)2010第4期(7一)第28拳，争荭投毒川盯59器桥梁工程BridgeEngineering图7组合3作用下整个结构和钢管沿管轴向方向的应力(×10-3MPa)图8组合3作用下钢锚