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1、32世界桥梁2010年第3期上莘大桥结构特性分析12周平,王光(1.长兴县交通局,浙江长兴313100;2.北京市市政专业设计院浙江分院,浙江杭州310000)摘要:上莘大桥为半穿式连续钢桁架桥,跨径布置为(62+100+62)m。采用有限元软件对该桥的静力性能和稳定性进行分析。结果表明,活载对桥梁整体变形的影响较大,且中跨跨中位置的竖向位移增大幅度最大,几何非线性对该桥的竖向位移影响较小,可以忽略;挠跨比均小于规范要求的限制值;为使结构更安全合理,设计时节点刚度及杆件中部应力按铰接模拟计算,杆端应力按刚接模拟计算,以铰接模型的轴应力+刚接模型的弯曲应力作为设计控制应力;全桥的稳定安全系数均
2、大于4,满足使用要求;横向刚度较竖向刚度弱,桥梁失稳模态全部为主桁面外扭倾或面外侧倾。关键词:钢桥;桁架桥;静力特性;稳定性;有限元法中图分类号:U448.211;U441文献标志码:A文章编号:1671-7767(2010)03-0032-041工程概况上莘大桥是长兴县经四路南延工程上跨长兴港的一座南北向半穿式连续钢桁架桥,全长224m,其跨径布置为(62+100+62)m。桥面宽30m,横断面布置为20.25m(栏杆)+21.75m(人行道)+23m(非机动车道)+22m(隔离带)+28m(机动车道)。桥梁纵坡为2.9%,竖曲线半径为2000m,桥面设1.5%的双向横坡。上莘大桥桥型布置
3、见图1。桥梁主体结构均采用Q345qD级钢材,构件采用M24高强螺栓连接。该桥设计荷载为2城-A级,人群荷载按3.5kN/m进行计算。桥址处为级航道,通航净高要求不小于4.5m。主桁采用无竖杆的华伦式三角形腹杆体系,并采用刚性较大的整体节点。主桁、下平纵联、横撑及桥门架为杆系结构,桥面板为组合结构。由于2片桁架间距较大,因此,下平联采用双X形式,并与下弦杆在节点处相连,以抵抗横向风力及弦杆变形产图1上莘大桥桥型布置生的内力。下平联全桥通设。桁架中墩处设横撑、力时,恒载内力由自重+桥面恒载+墩台支座不均桥门架以及少量的上平联。匀沉降(按15mm计)的组合值。空间有限元计算本文采用ANSYS和M
4、IDAS/Civil有限元软[1~4]模型见图2。件对该桥静力性能和稳定性进行了分析。2.2计算结果分析2静力分析2.1计算模型采用ANSYS对全桥进行静力性能分析,桥面系、主桁、联结系采用Beam188模拟,桥面板采用Shell63模拟,汽车荷载按照4车道进行加载计算,按6车道验算,荷载等级为城-A级。计算恒载内图2上莘大桥空间有限元计算模型收稿日期:2010-03-25作者简介:周平(1962-),男,高级工程师,1990年毕业于同济大学道路工程专业,获学士学位(Email:cxjtjzp@vip.163.com)。上莘大桥结构特性分析周平,王光33为了分析该桥在静力荷载作用下的力学性能
5、,表2结构在恒载+活载作用下的位移mm本文分别对该桥在恒载和恒载+活载(包括汽车荷位置中跨max边跨max线性非线性线性非线性载、人群荷载)2种工况作用下的静力性能进行了计L/4-42.9-45.6-18.7-19.5算,并从位移及内力2个方面进行相应的分析。L/2-80.8-84.9-37.0-38.53L/4-43.0-45.8-16.2-17.12.2.1钢桁架桥位移按材料和几何线弹性进行考虑,钢桁架桥在恒从结果对比分析可知:!活载对桥梁整体变形载+活载作用下位移见图3、图4。由图3、图4可的影响较大,且中跨跨中位置的竖向位移增大幅度知,全桥变形以桥面的竖向位移为主,其它构件空间最大;
6、瘍几何非线性对该桥的竖向位移影响较小,由变形较小,且最大位移发生在中跨的跨中位置,最大表1、表2结果分析,最大相差8.8%;#根据養铁路位移为-84.9mm。考虑到该桥为半穿式钢桁架桥梁钢结构设计规范%(TB10002.2-2005)规定,桥,变形较大,焊接构件的残余应力较大,因此对该中跨与边跨挠跨比均小于规范要求的L/750和桥进行非线性计算分析,其变形结果见表1、表2。L/900的限制值,故该结构在2种工况荷载作用下位移满足设计规范正常使用极限状态下的变形要求。2.2.2钢桁架桥主桁架内力分析[5]主桁是钢桁架桥的主要承重结构。考虑该桥为半穿式钢桁架结构,为增强主桁面外刚度,提高桥梁整体
7、稳定性,主桁杆件均采用焊接箱形断面。主桁杆件布置见图5。上莘大桥采用了整体节点技术,该节点具有机械化生产程度高、工地安装快的特图3恒载+活载作用下钢桁架桥竖向位移点,但是其连接处焊缝多、刚度大,节点刚度对整体结构各杆件内力的分配有不可忽视的影响。图5主桁杆件布置考虑到结构受力时节点与杆件的连接介于完全图4恒载+活载作用下钢桁架桥横向位移刚性与铰接之间,为安全合理地分析杆件的真实应表1结构在恒载作用下的位移mm
