桥刚架系杆拱连接部位受力分析

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1、第6期北方交通·23·刚架系杆拱桥连接部位受力分析任钢王琪彤(辽宁省交通勘测设计院，沈阳110005)(大连市政设计院有限公司，大连116002)王威(辽宁省交通勘测设计院，沈阳110005)摘要进行了梁拱组合体系边跨钢拱肋与刚性系杆连接部位的局部三位全仿真分析和1：3．2的大比例模型试验，得出了在最不利工况下连接部位的应力分布的一般规律，定量的得到了结构内的应力分布情况，为工程设计和施工提供了合理的依据关键词刚架拱桥模型试验有限元1引言2工程概况刚架系杆拱桥是随着钢管混凝土在我国的应用所研究桥梁为一座正在设计中的刚架系杆拱而产生的一种新的组合桥型，作为一种超静定结构，桥，这种组合体系

2、桥梁具有跨度大、结构特殊等特桥梁上部、下部以及基础连成一体，结构的受力十分点。而该桥为平衡主跨的重量和减少桥面结构用钢复杂，其中拱脚与系杆连接节点的构造更为复杂，拱量，边跨系杆及桥面横梁、边跨桥面纵梁及桥面板分肋、桥墩、帽梁汇聚于此，各方向的力都集中于此点，别采用预应力混凝土和钢筋混凝土结构。因而其受且受系杆强大集中力的作用，容易在主拉应力方向力更为复杂，尤其是边拱与刚性系杆连接区域(图发生开裂，因此对于这个部位的受力应当引起重视。2)要承受拱肋与系杆传来的轴力与弯矩、支座的反深圳北站大桥和四川成都青龙场立交桥对该部位都力和系梁的预应力，在横向还要承受端横梁的弯矩、进行了有限元分析和光

3、弹性试验。然而由于拱脚固剪力及预应力，并且存在钢一混之间的联合受力问结点受力复杂而且不具普遍性，因此对于具体的桥题，故该部位的受力与变形复杂，是全桥结构安全的梁仍然有必要进行具体的分析研究。关键控制点之一，因此有必要对该区域进行专门的研究，结合有限元仿真精细化分析和大比例模型试验，以定量地得出在各种不利工况下其应力分布状况及变形特征，用以指导设计，确保结构的安全。3有限元仿真分析图1桥型布置图有限元仿真分析可以近似的得出所研究区域各个部位的应力分布情况，用于指导随后进行的模型试验。在进行研究区域仿真分析时应用大型有限元通用程序ANSYS建立如图3所示模型，该空间有限元模型采用了3种单元

4、：外部钢箱与拱肋采用四结点等参壳单元，系梁与端横梁混凝土采用八节点六面体单元，系梁与端横梁中的预应力筋采用空间杆单元模拟。荷载取自全桥结构有限元模型分析结果，同时●!±苎．曼兰§，e^为避免在加载部位出现应力集中现象而对有限元模图2连接区域构造图型进行了以下处理：在拱肋上下弦管加载部位各延·24·北方交通2007长一定长度，并在加载区域将结构材料刚性化，然后4大比例模型试验在延长部分的四个角点上的节点处施加集中力来模4．1模型设计的相似分析拟上下拱肋的弦管内力。使集中力通过延长段传递桥梁结构模型试验研究是用来确定或探索复杂到拱肋上下弦管上时的应力趋向均匀。对系梁和端桥跨结构受力状态的重

5、要手段之一。进行模型试验横梁也延长足够的长度，以排除边界效应对所研究的目的一是对设计理论进行验证，二是确定复杂结区域受力的影响。构的受力情况。虽然目前计算机技术已经非常先进，但是对于某些复杂结构仍无法通过计算机很好的模拟受力状态，因而模型试验在桥梁结构发展和进步中仍然有着不可替代的作用。进行模型试验时试验模型的设计必须遵循相似准则，使试验模型和原结构相对应的各点在时间上相对应的各瞬间的一切物理量保持相似关系。在线性小应变情况下，根据弹性力学中的几何方程，￡=蓑，￡=，：蓑+式中：￡8y-x、Y方向的线应变；图3有限兀模型一剪应变。从图4所示的拱脚连接区域主拉应力和主压应力以c表示几何相

6、似常数，它是模型各部分尺寸等值线云图上可以看出该区域拉压应力集中的位置：和原型各部分尺寸的比例常数，通称模型比例。要拉应力最大的部位出现在拱肋上下弦管之间的翼缘板保持模型与原型相似，其线应变￡、角应变位移U和前后两块竖板相交的边界部位，最大拉应力达到了和几何尺寸的相似常数必须满足：104．8MPa，最大压应力出现在拱肋下弦管底板与系梁C=CCL=CvCL顶板之间的竖板的三角圆弧部分和拱肋上下弦管之间式中：c一位移相似常数；翼缘板两端的圆弧部分，最大压应力为196．8MPa。C一线应变相似常数；C一几何尺寸相似常数；c一剪应变相似常数。根据弹性力学的物理方程￡￡=音百【盯一(y+盯：z)

7、J]j，￡，y=亩[【y一(+：)]，￡：=吉[：一(，+)]11l弘百Uyz，U，IyUIy式中：￡I、￡￡：一线应变；佗、一剪应变；、、。一正应力；LIv、、L：一剪应力；E、G、一弹性模量、剪切模量、泊松比。要模型与原型相似，必须使E、G、￡、和应力、L的相似常数CE、CCG、CC和C盯、C。等满足下列条件：C=1，C=CEC，C=CGC1式中：C一泊松比相似常数；cc。一弹性模量相似常数、剪切模量相图4连接部位第一第三主应力等值线云图(