铰接和刚接模型对钢桁梁设计的影响

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1、铰接和刚接模型对钢桁梁设计的影响张景桥兰巍申昊（中交铁道勘察设计院有限公司北京100088）摘要：钢桁梁结构具有跨度大、承载能力强、结构轻巧简洁等特点，而广泛应用于工程项目中。目前在设计时通常采用简化的计算方法，一般均假定桁架结构为铰接，进而计算桁架杆件的轴向应力。事实上上述假定同实际情况并不完全相符，节点不是理想的铰。本文对铰接和刚接两种模型进行比较分析，并通过实例验证，阐述了铰接和刚接模型对钢桁梁设计的影响，以供工程技术人员借鉴。关键词：钢桁梁铰接刚接分析AffectionofHingedandCon

2、solidationModelsintheDesignofSteelTrussKeyword:Steeltruss;Hinged;Consolidation;AnalysisAbstract:Thesteeltrussfeatureslargespan,highbearingcapacity,lightandforthrightstructure.Atpresent,designersusuallyadoptsimplifiedcomputationmethod.Generallyassumedtruss

3、structuresarehingedmodels,andthencalculatethetrussaxialstress.Infact,thenodeisnotaidealhinge.Thispaperanalyzeshingedandconsolidationmodelsinthedesignofsteeltruss.Atlast,thepaperattemptstouseasimplifiedmethodtocalculatethedifferencebetweenhingedandconsolid

4、ationmodels.1引言在钢桁梁计算中，一般均假定桁架结构为铰接，进而计算桁架杆件的轴向应力。事实上，上述假定同实际情况并不相符，节点不是理想的铰，结构中是不允许有任何变形的，各杆的初弯矩；各杆件的重心轴并不全部交汇于一点，而在节点处存在着偏心；杆件自重等荷载的存在等，都将导致桁架结构不仅只有轴力，还将产生附加力。本文结合甘泉线跨京藏高速64m单线铁路下承式道碴桥面钢桁梁桥，对该桥建立空间有限元铰接模型和刚接模型进行计算比较，对铰接模型和刚接模型在钢桁梁设计中的影响进行有益的探讨。2对内力的影响结合

5、该桥设计，分别建立桁架单元和梁单元模型，对该桥做有限元整体结构分析，计算主力组合荷载下该桥各杆件内力，并进行比较，探讨次应力对杆件结构设计的影响。该钢桁梁桥全长65.1m，计算跨度64.0m，主桁中心距7.6m，节间长8.0m，桁高11.5m。主桁上、下弦杆截面形式均为口字形，斜杆截面形式为口字形和H形。主桁节点采用整节点形式。主桁上、下弦杆内宽为500mm，竖板高度分别为540和520mm。桥面系纵、横梁截面均为工形断面，梁高分别为990mm和1270mm。上、下平纵联的斜杆及支杆截面均为工形断面，采用

6、交叉式。钢梁的主桁、桥面系、联结系均采用Q345qE级钢。该桥结构模型见图1。图1结构模型简图2.1对主桁架的影响主桁架它是主要的承重结构。其作用是承受竖向荷载，将荷载通过支座传给墩台。两种模型在主力组合的作用下，主桁架的内力比较如表1：表1两种模型主桁内力计算结果单位：位置铰接模型最大轴力刚接模型最大轴力轴力最大相差值最大误差刚接模型最大剪力最大扭矩最大弯矩下弦杆6504.55243.31261.123.90%26.95.6173.2斜杆-3265.1-3262.251.10.20%21.143.124

7、6.3竖杆1335.41294.840.63.00%33.80283.1上弦杆-3970.5-3960.99.50.20%19.712.1136.7由表1可以得出主桁架在主力作用下，斜杆、竖杆、上弦杆轴力误差小于等于3%，这主要是由于斜杆、竖杆采用工字截面，并采用整体节点板，斜杆、竖杆、上弦杆受力较小，所以由于弯矩产生的次应力较小，两种模型对结构计算的结果影响很小。但在铰接模型与刚接模型中，下弦杆轴力最大相差23.9%，位置在跨中处。这主要是由于下弦杆截面较高，杆的截面刚度大，所在跨中位置内力较大。刚接模

8、型空间整体性要好于铰接模型，能使各杆件都能充分的参与工作，因此虽然存在弯矩次应力，但是铰接模型计算出来的内力仍然大于刚接模型。考虑到刚接模型还有剪力、弯矩、扭矩等的影响，在计算中采用铰接模型进行设计是符合要求的。2.2对上平联的影响两种模型在主力组合的作用下，上平联的内力比较如表2：表2两种模型上平联内力表单位：铰接模型最大轴力刚接模型最大轴力轴力最大相差值最大误差刚接模型最大剪力最大扭矩最大弯矩923.1914.534.67