小半径曲线钢箱梁桥的结构受力性能分析.pdf

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1、2014年第2期西南公路XINANGONGLU小半径曲线钢箱梁桥的结构受力性能分析李智王朝伦(1．9)1l大学建筑与环境学院四川成都610225；2．西南交大土木设计有限公司四川成都610031)【摘要】在工程实践的基础上，以一座半径R=40m的小半径多跨曲线连续钢箱梁桥为工程背景，基于薄壁板单元理论和空间有限元法，建立多节点板单元模型，进行模拟分析。浅述了小半径弯曲钢箱梁的结构受力性能，给出结构主要控制截面位置，探讨了恒载、汽车荷栽、温度荷载及支座沉降等工况组合荷载对梁体结构的应力强度、疲劳性

2、能、倾覆稳定性、局部构件稳定性等内力效应的影响，并总结出了一些有价值的结论，为工程设计和生产实践提供一定的参考。【关键词】小半径曲线钢箱梁；结构力学性能；荷载工况；空间有限元【中图分类号】U441~．2【文献标识码】A车荷载、温度荷载以及支座沉降等工况展开分1概述析，探讨了各工况组合荷载对梁体结构的应力强随着城镇化进程的不断发展，为保障交通通度、疲劳性能、倾覆稳定性、局部构件稳定性等畅，减轻车辆拥堵，高架桥在国内外大中城市中不内力效应的影响，为设计和施工提供了一些具有断出现。作为城市高架桥匝道桥

3、设计常用的主要结参考性的建议。构形式之一，连续钢箱梁可焊性好、跨越能力大、2有限元模型建立易于更换、可节省工期、施工技术成熟，同时可顺应线形功能需要，做成小半径弯曲连续钢箱梁，因2．1结构概况此，在城市桥梁建设中得到了广泛的应用。结构跨度布置为25m+40m+22m+20m的四跨连本文结合工程实践，以一座R=40m的小半径续梁，异形变宽、变高，底板呈二次抛物线形式变异形弯曲钢箱梁为工程背景，选取结构内力主要化，梁高变化范围为1．7～2．0m变化，梁体横截面控制位置，对恒载(自重、压重、二期等)、

4、汽为多箱单室布置形式(见图1)。1．-I．350I．2‘300I6400='2400IjOnIaI．bInl400uJuJ1．LlwLuuJuJuuLlJuJLiJ山LiJJ莩lI，，／—j’'寻-'彳莩’一_I一：譬，’’Ij莩JI：正A足正J层J’偿尼：}I．500；：500IcldI2‘30013*40012’300图1典型横断面【收稿日期】2014—03—24【作者简介】李智(1994一)，男，四川泸州人，四川大学本科在校生。西南公路2．2结构模型建立因此，结构设计巾应严格要求腹板与顶、

5、底板结构分析过程巾，采midas．civil空间板单元焊接要求为坡口全熔透焊，在该位置处应尽量避开法进行模拟，根据有限元法，将全桥结构离散为对接焊缝。1156个单元和716个节点，支点按实际支座位置进3．3结构整体倾覆性能分析行设置，全桥有限元模型及边界条件如图2所示。由于该桥为小半径曲线连续梁，结构倾覆性能的保证尤为重要。在弯扭耦合内力作用下，结构两端D1、D4、D5二三个支点处支反力较小(见图6)，在成桥状态下容易造成支座脱空，支座一旦脱D1D2D3D4D5空，带来的将是边界条件的失效，进而

6、导致结构倾图2全桥有限元模型及边界条件覆(见图7)，且无明显表征，危害性极大。【六J3结构受力性能此，设计巾对结构整体倾覆性能的分析尤为重要。在恒载、活载、温度荷载、支座沉降等荷载工h目I_啊况组合作用下，对结构内力展开分析。I三3．1结构应力强度根据第四强度理论，在承载能力组合状态下，图6标准组合下支反力Fz(kN)D3支点处梁体底板有效应力达132MPa，处于受压状态(见罔3)，D2外弧支点处有效剪应力最大为74MPa，D3外弧支点处有效剪应力最大为71MPa(见图4)，因此，梁体应力强度均

7、在规范可控范同内。图7最不利倾覆轴线图示在结构优化过程中发现，曲线外侧采用小翼缘，内侧采用宽翼缘，可从结构本身平衡一部分倾覆弯矩；同时，尽可能拉大支座问距，采用双支点图3运营阶段梁体有效应力(MPa)支座；在结构设计优化的基础上，适当加一些压重。这些措施均可有效增加结构的抗倾覆性能。通过综合平衡倾覆弯矩，合理选取结构倾覆轴，在最不利车道荷载作用下，梁体倾覆安全系数K=3．27，在不增加T程造价的前提下，保证了小半图4有效剪应力(MPa)径曲线梁体的倾覆安全陛。3．2疲劳性能分析4结构局部受压性能

8、分析为使结构具有一定的疲劳强度安全储备，分析4．1局部压应力rf1选取疲劳荷载模型I进行加载，在等效车道荷载作中跨中间箱室构造见罔8，根据前述应力强度月j下，活载最大应力幅达41MPa(见罔5)，危险疲及疲劳性能分析结果可知，中间弯曲大跨的跨中及劳点处于跨rf1}忤j线内侧顶、底板与腹板交点处。其两个支点D2、D3处的应力较大。uuL^JL^JIJu正m^m且图5最大活载应力幅图8中跨中间箱室构造图李智，王朝伦：小半径曲线钢箱梁桥的结构受力性能分析根据《城市桥梁荷载设计规范》和《钢结构设(见图9