桥梁钢结构顶棚的受力分析

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1、孙良风等：桥梁钢结构顶棚的受力分析7l桥梁钢结构顶棚的受力分析孙良凤，宋连锋，王炜龙(浙江大学建筑设计研究院市政交通分院。杭州310012)【摘要】通过有限元建模分析了某高架桥的钢结构顶棚的整体受力情况、变形特点以及应力分布特征，为今后钢结构桥梁顶棚设计提供一定的依据。【关键词】钢结构；顶棚；应力【中图分类号】TU391【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2013)04—0071—03众所周知，高架桥的噪音很大，为此居住在周围1．478kN；③风荷载：通过檩条传递到拱架上，迎风面：的居民困扰不堪。所以在高架桥上设置全封闭

2、隔音0．8X0．5X8．415X4／12=1．122kN；逆风面：0．5X0．5顶棚势在必行。但是目前对桥梁上的钢结构顶棚结X8．415X4／12=0．70125kN。构受力特点的分析较少，故对桥梁中设计的钢结构隔3荷载工况音顶棚进行分析研究，意义较为重大，可为今后的设(1)工况1：1．05X自重+恒载+活载(单向)计提供一定的依据。(2)工况2：1．05×自重+恒载+活载(双向)1工程概况(3)工况3：1．05X自重+恒载+雪荷载(单向)某高架桥设置全封闭隔音顶棚，顶棚设置区段的+0．5X风荷载桥梁全长228m。顶棚采用钢结构框架

3、体系，拱架采用(4)工况4：1．05X自重+恒载+雪荷载(双向)HM582×300X12X17截面，立柱采用HW300X300X+0．5X风荷载10×15的截面。如图1拱架为椭圆形，其腹板上有等(5)工况5：1．05X自重+恒载+风荷载间距的小椭圆孔，且每隔1．2m有檩条支撑。顺桥向注：单向加载在左边，风荷载从左边吹向右边。每隔4m有一立柱支撑，立柱之间有纵梁连接。考虑到台风不可能在冬季出现，故雪荷载工况中取风荷载的系数为0．5。4计算结果与分析图l高架桥隔音硬棚横断面图(a)整体模型2荷载计算根据顶棚结构受力特点，本文通过应力和稳

4、定性两方面计算，验算结构的安全性。计算采用大型通用有限元软件，考虑到顶棚在纵向的安全储备较大，取_长4m的标准段横向受力作为对象进行计算。(1)恒荷载：①钢拱架、中立柱自重，根据容重(b)模型局部图自动计算；②檩条自重：檩条共有25根，集中作用在连图2顶棚有限元模型接位置。集中荷载=0．7188kN；③屋面荷载通过檩条传递到拱架上：0．8X10．264X2X4／25=2．6276kN；④图2为顶棚的有限元模型，采用板壳单元建模，共连接中立柱的纵向系梁自重：集中荷载=4．6158kN。有6087个板单元，5557个节点。孔位按设计图考

5、虑。(2)可变荷载：①活荷载：通过檩条传递到拱架拱脚与桥面之间铰接，中间的立柱与桥面之间的连接上0．5X10．264X2×4／25=1．64224kN；②雪荷载：通有一定的抗弯刚度，属于半固结条件，故本文采用铰过檩条传递到拱架上0．45×10．264X2×4／25：接和固结两种连接条件分别计算，取最不利的受力条72低温建筑技术2013年第4期(总第178期)件进行安全验算。明拱架材料强度安全满足要求。当中间立柱与桥面4．1变形计算结果铰接时，应力略小于固结的结果，结果省略。表1中间立柱与桥面铰接时的拱架变形mm表l为各个工况的最大水

6、平位移以及最大竖向位移值，其中最大的水平位移、竖向位移发生在工况5，水平位移值为5．89ram，竖向位移值为2．46ram。图3为最不利工况5的变形图，位移变形满足要求。图4顶棚的一阶屈曲变形表2Mises应力验算MPa图3工况5计算结果当中间立柱与桥面固结时，变形略小于铰接的结果，结果省略。4．2稳定性验算豳5工况5Mises应力计算结果稳定性验算是顶棚验算中重要的计算。通过有限元验算得到顶棚拱架的屈曲模态图，如图4所示(2)压应力验算。为了验算钢拱架的压应力。(图中一阶变形为例)。顶棚的在自重和荷载的作用这里采用偏于保守的方法：

7、首先建立杆系结构计算模下，第一阶为面外反对称失稳，屈曲稳定系数为型，计算拱架的纵向弯曲系数，确定结构的容许抗压7．4513；第二至第五阶为面外对称失稳，屈曲稳定系数强度，然后根据板壳有限元得到的最大主压应力验算分别为7．7007、17．254、35．406、41．131；没有发现面内截面的抗压强度。根据比较得：最大正弯矩产生在铰失稳。拱架的稳定系数超过了4．0，满足抗失稳的安接下工况3的拱架左侧为45．4059kN／m，最大负弯矩全性要求。产生在固结下工况4的拱架顶端为43．2057kN／m，最4．3拱架应力验算大轴力产生铰接下在工

8、况4的右端拱脚为82．838kN。应力验算分两部分：第一部分为不考虑稳定性的根据钢桥设计规范，拱架受到弯矩和轴力的作材料强度验算；第二部分为考虑纵向失稳影响的材料用，其纵向弯曲系数为：强度验算。第一部分的应力验算用Mises应力；第二