节点刚度在全焊接钢桁架桥中的影响分析.pdf

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1、工艺与设备建材与装饰2013年9月节点刚度在全焊接钢桁架桥中的影响分析任国志（甘肃建筑职业技术学院甘肃兰州730050）摘要：在钢桁架桥的设计中，杆件的连接设计是一个重要环节。全焊接节点形成一种近似于刚性的连接，节点的刚度对结构受力有着不可忽略的影响。通过对全焊接钢桁架桥节点受力特点进行介绍，用Ansys软件建立了黄河班多水电站进场交通桥的全桥的实体有限元模型，归纳出在力作用下节点刚度对结构受力影响的特点及规律。关键词：全焊接；钢桁架；次应力；刚接；刚性节点中图分类号：TU392.3文献标识码：B文章编号：1673-0038（

2、2013）27-0138-03钢桁架桥是用由钢材通过铆接、焊接、栓接等手段拼装而成通常可以采用一种逐步逼近的二次应力计算法。该法认为：的桁架作为主要承重结构的桥梁。由于钢材本身是一种抗拉、抗杆件的伸长或缩短量，可以按铰接桁架的假设所计算出来的杆压和抗剪强度均较高的均质材料，因此钢桁架桥具有较大的跨力为准来求算。各相邻节点的相对线变位将用杆件转角琢（如图1越能力，适合工业化方法制造，便于运输，工地安装速度快等特所示）表示（而琢是能从各杆的弹性伸长及缩短量推算出来的）。点。同时这些特点也使得国内外的许多桥梁都是钢桁梁结构或将节点转

3、角兹作为未知数，借能将各个杆端弯矩用兹、琢和各杆者采用了钢桁架形式。作为钢桁架主要承重结构的钢桁架是由的EI/L等来表示，则在各兹用这些平衡方程求解之后，各杆的杆各杆件通过节点连接的，钢桁架的节点形式经历了铆接、栓焊、端弯矩和二次应力也就可以推算了（不再详述，参见钱冬生，夏全焊、整体式节点的发展阶段，其中全焊接钢桁架桥节点的工厂建国《铁路钢桥———设计和制造》）。制造和工地拼接均为焊接，具有节省钢材和高强度螺栓，有利于2工程概况工地架设等优点，是今后的发展方向。黄河班多水电站进场交通桥的桥跨结构采用两片钢桁架+常规的桁架设计方

4、法，是按理想铰接桁架假设。实际全焊接混凝土桥面板组成的板桁结合结构，上承式受力体系。两片主桁钢桁架的节点受焊接因素影响接近于刚性节点，因此理想桁架架间通过桥面板、横撑、横向连接系、上、下平纵联连接为整体受模型关于理想铰的假设就与实际桁架的节点受力情况存在差力体系。两片主桁架间的纵横向联结系采用高强螺栓连接。桥面异，杆件中不仅有轴力，还有弯矩和剪力，即所谓次内力，由次内板通过抗剪联结件与钢桁架上弦杆连接为整体，共同受力。桥梁力产生的应力称为次应力。通常剪力值相当小，通常近似为零，结构全宽10.00m（净-9.0m+2伊0.50m

5、防撞栏杆），计算跨径而更多考虑的是杆件弯曲产生的弯矩。目前，国内外各种版本的30.8m，单孔梁长31.7m，桥梁全高4.10m。桥的上下弦杆、腹杆与科技文献较少涉及桁架的次应力问题。许多结构力学教材和钢节点板之间全为焊接（如图2所示）。结构教材也是略而不述，另一些则认为因节点刚性引起的应力很小，可以忽略不计，只有部分专家学者初步涉入这个问题。本文将对于全焊接钢桁架桥，通过较精确的有限元模拟，分析该类结构次内力的影响。1次应力产生的理论分析和计算若是铰接桁架，则在各桁杆因桁架受力而伸长或缩短后，其各节点将发生线变化，其各杆间的夹

6、角当扩大或缩小，如图1实线所示。但若节点是用焊接制造成刚性的，则其各节点的线位移虽仍当照常发生，而杆件在端部的夹角却不能发生变化，于是，图2黄河班多水电站进场交通桥节点构造图各杆将弯曲变形，如图1虚线所示。同这些弯曲变形相对应，各3有限元分析模型杆在两端当发生弯矩。而按照平衡条件，交汇于同一节点的各杆采用有限元软件Ansys对全桥进行静力分析，计算模型主桁的端点的弯矩的总和，应该是零。于是有多少个节点就有多少个架采用空间壳单元shell181，桥面板采用实体单元solid65。sol原平衡方程，就可以用来求解相应的未知数。id

7、65单元用于含钢筋或不含钢筋的三维实体模型。该单元具有八个节点，每个节点有三个自由度，即x，y，z三个方向的线位移。shell181适用于分析薄壳及中等厚度的壳，具有弯曲和薄膜两种能力，可以承受面内载荷和横向载荷。单元的每个节点具有6个自由度：沿x、y和Z方向平移和绕x、y和z轴转动。其内力和应力输出项一般包括：单元面内x、y和xy方向的力，单元x、y和xy向力矩，等效mises应力等。在建模的过程中，没有考虑桥墩和基图1铰接和刚接桁架变形示意图础，在梁和墩的交界处施加相应的约束条件。·138·2013年9月建材与装饰工艺与设

8、备为了考虑节点刚性对结构受力的影响，在以下分析中采用了两种模型：理想铰接模型（本文采用了结构力学中的计算方法）和节点刚性模型（如图3所示）。在划分网格时，考虑到整体规模较大，且采用6自由度单元。节点处多个杆件相交，应力比较复杂，所以必须进行尺寸控制。节点处最大尺寸为0.025