大跨度钢桁拱桥的极限承载力分析.pdf

《大跨度钢桁拱桥的极限承载力分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第25卷第4期华中科技大学学报(城市科学版)Vo1．25No．42008年l2月J，0fHUST．(UrbanScienceEdition)Dec．2OO8大跨度钢桁拱桥的极限承载力分析盖卫明，任伟新(中南大学土木建筑学院，湖南长沙410075)摘要：钢桁拱桥是以承压为主的结构体系，随着跨径的不断增大，其非线性效应会变得十分突出，因此研究其极限承载力并对其安全性进行准确评估就变得尤为重要。本文以主跨436m的中承式钢桁拱桥新蕉门大桥为例，运用大型有限元软件ANSYS详细分析了该桥的极限承载力，并探讨了不同荷载分布方式对其极限承载力的影响。结果表明以分支点稳定理论为基础的线弹性分析大

2、大高估了桥梁的安全系数：与几何非线性分析结果相比较，材料非线性对此桥极限承载能力的影响较大；不同的荷载分布方式对此桥的极限承载力影响较小。关键词：钢桁拱桥；几何非线性；材料非线性；极限承载力；有限元分析中图分类号：U441文献标识码：A文章编号：1672—7037(2008)04—0328—04拱桥的稳定问题一直是人们关心的问题之缺陷，因此自荷载的开始施加，结构就开始产生一。国内外学者对拱桥稳定的研究，经历了从线失稳方向的位移，这种位移必然对结构的平衡状性到非线性、从平面到空间、从裸拱到全桥的发态产生影响，所以考虑了结构大位移效应后的结展过程，早期多集中于采用线性方法对简化桥梁构的

3、UL列式增量平衡方程为：模型的分析，如今随着电子计算机的快速发展，(){△={zXF}(2)采用非线性有限元法对实际全桥极限承载力进行式中，为引入结构位移的弹性刚度矩阵；为研究已成为一种趋势uI2】。近年来，我国的拱桥建初应力矩阵，它们都是位移{的函数。设不断向大跨度方向发展，特别是钢桁拱桥，拟这种仅考虑几何非线性因素和结构的初始缺将建成的重庆朝天门大桥主跨达到了552m。随陷的分析，假定材料是无限弹性的，得到的结构失着拱桥跨径的不断增大，其非线性稳定问题会变稳临界荷载趋近于分支点失稳临界荷载，然而实得尤为突出，所以对其极限承载力进行研究将具际结构在达到此荷载水平前，部分构件已达到

4、了有重要意义【3．4J。本文在总结稳定分析方法的基础它的材料极限强度。当引入了材料的非线性特性上，应用ANSYS详细分析了一座钢桁拱桥的极后，结构的UL列式增量平衡方程为：限承载力。，){△={△F}(3)式中，，为考虑了材料非线性应力应变关系的结构稳定极限承载力弹塑性刚度矩阵，这时，按极值点失稳理论求得的结构失稳临界荷载就是结构的极限承载力，也称结构的失稳是由于在平衡路径上出现了奇异压溃荷载。点，也叫临界点，包括分支点和极值点两种I4曲】。分支点失稳假定结构失稳时处于弹性小变形范2桥例概述及计算模型简介围，结构的内力与外荷载成比例关系，达到临界荷载时，结构的平衡出现了分支，此时结

5、构的平2．1桥例概述衡方程为：新蕉门大桥是广州南沙开发区拟将建设的公+){：0(1)路、城市轻轨两用跨江特大桥，为连续钢桁梁一分支点稳定问题为一特征值问题，求解该特钢桁拱桥。上层为双向六车道公路桥面，总宽27．8征方程组可得结构临界荷载为，=in~。II1；下层桥面布置为双线轻轨加两侧2．5m宽人分支点失稳只适用于理想的结构，实际结构行道。主桥采用(96+164+436+164+96)m的跨度由于制造、安装等原因不可避免的存在一些初始布置，主跨436ITI，失高98m，矢跨比为l：4．45。收稿日期：2008—07．05作者简介：盖卫明(1982一)，男，河北河间人，硕士研究生，研

6、究方向为桥梁结构非线性分析，gaiweiming@163．com。第4期盖卫明等：大跨度钢桁拱桥的极限承载力分析·329·钢桁拱采用变高度桁架拱，桁高在拱跨中为1lm，时给出了不考虑非线性因素的线性求解结果以作在拱脚为53m。钢桁拱拱肋上弦、下弦均采用二比较。次抛物线变化，上弦在拱脚处与边跨桁梁之间采80用圆曲线过渡接顺。作为主要承重结构的两主桁6O妊片，均是由带加劲肋的箱型和工字型钢梁用整体鬟40节点板组装栓接而成。2O2．2有限元分析模型本桥利用ANSYS建模分析，按设计图纸在Ol02O3O各类杆件连接处设置空间节点10267个，划分各穆7m类单元6770个。其中桁梁、桁拱、拱

7、肋上下平(a)几何非线性分析纵联、横联、上下层桥面系中的纵横梁及撑杆采8用空间梁单元模拟(ANSYS中BEAM188单元)；梁拱间的吊索采用空间杆单元模拟(ANSYS中≈6LINK10单元)。按各构件的几何特性不同共定义4蜂了34种梁单元和2种杆单元。图1为其三维有限2元分析模型。01234位移／m(b)双重非线性分析图2拱肋跨中点竖向位移．荷载曲线图3给出了几何非线性分析和双重非线性分析时跨中吊索单元240的轴向应力一荷载关系曲线，也同时给出了线性结果以作比较。图1