基于MIDAS分析不同交通荷載作用下鋼橋面橋面系最不利狀態(tài)截?cái)嗝嫜芯?/h1>
2020-03-17 03:22:26聶文
黑龍江交通科技 2020年2期 關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)分析
聶 文
(廣州肖寧道路工程技術(shù)研究事務(wù)所有限公司，廣東 廣州 510000)
0 緒 論
鋼橋面鋪裝體系由正交異性鋼橋面系和鋪裝層組成。由于鋼橋面鋪裝層直接鋪設(shè)在正交異性板上，而正交異性鋼橋面板柔度大，在移動(dòng)車輛荷載的影響下，鋼橋受力復(fù)雜，受力比一般的帶基層路面鋪裝復(fù)雜。早期對(duì)鋼橋鋪裝的研究主要集中在鋪裝材料特性方面，對(duì)鋼橋結(jié)構(gòu)的正交異性對(duì)鋪裝層受力性能的影響缺乏深入研究。近年來，逐漸關(guān)注正交異性鋼橋面系結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對(duì)鋪裝層受力性能的重要影響，在研究鋪裝層時(shí)，綜合橋面系統(tǒng)、鋪裝層材料以及鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為一體，逐漸為學(xué)術(shù)界和工程界重視。鋼橋面鋪裝層由于受到加勁肋的加勁支撐作用，在車輛荷載作用下，負(fù)彎矩較容易出現(xiàn)在橋梁橋面系的加勁肋、橫肋(橫隔板)和橋面系的縱隔板的頂部位置的瀝青混凝土鋪裝層結(jié)構(gòu)中，在負(fù)彎矩下橋面系鋪裝層的最大拉應(yīng)變通常都會(huì)表現(xiàn)在橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的表面位置，如果出現(xiàn)橋面鋪裝層采用的鋪裝材料的極限抗拉強(qiáng)度表現(xiàn)的不足的情況，橋面鋪裝層表面的拉應(yīng)變會(huì)導(dǎo)致橋面鋪裝層材料發(fā)生破壞，在鋪裝表面會(huì)出現(xiàn)裂縫。因此，在進(jìn)行鋪裝層的計(jì)算分析時(shí)就必須將鋪裝層與鋼橋面板結(jié)合起來考慮。
1 分析方法
本課題研究以虎門二橋?yàn)楸尘?，利用Midas分析不同交通荷載作用下橋面系最不利狀態(tài)截段，為虎門二橋鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)提供科學(xué)的理論依據(jù)。
2 結(jié)構(gòu)建模及計(jì)算參數(shù)
作為珠三角的地標(biāo)建筑和重要通道，虎門二橋的建設(shè)質(zhì)量對(duì)粵港澳灣區(qū)經(jīng)濟(jì)、政治和社會(huì)影響具有重要的意義，目前我國(guó)鋼橋面鋪裝技術(shù)整體上處于探索和發(fā)展階段，鑒于虎門二橋的交通量和地理位置的重要性，采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施虎門二橋存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。為提高虎門二橋鋼橋面鋪裝的可靠性和耐久性，根據(jù)虎門二橋?qū)嶋H施工過程及未來運(yùn)營(yíng)的實(shí)際情況，在荷載變化和外部環(huán)境作用下，進(jìn)行虎門二橋橋面的力學(xué)分析。通過關(guān)鍵問題的研究成果，為虎門二橋?qū)嶋H施工過程提供更為可靠的依據(jù)和措施，保證橋面質(zhì)量。
虎門二橋過江通道工程包括兩座大跨徑懸索橋，分別是：坭洲水道橋的雙塔雙跨懸索橋跨徑布置為658+1 688+522 m(鋼箱梁長(zhǎng)度為548+1 688 m)、大沙水道橋雙塔單跨懸索橋跨徑布置為360+1 200+480 m(鋼箱梁長(zhǎng)度為1 200 m)，如圖1所示，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖見圖2。
圖1 橋型布置
圖2 虎門二橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖
3 坭州水道橋雙塔雙跨懸索橋計(jì)算結(jié)果分析
懸索橋?yàn)槔|索支撐橋梁，其結(jié)構(gòu)體系可分為四種主要構(gòu)件：(1)具有橋面的加勁梁；(2)支撐加勁梁的纜索體系；(3)支撐纜索體系的索塔；(4)豎向和水平支撐纜索體系的錨碇。
懸索橋結(jié)構(gòu)為多次超靜定，高度非線性結(jié)構(gòu)，分析計(jì)算非常復(fù)雜，一般要借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一般把懸索橋簡(jiǎn)化為空間桿系結(jié)構(gòu)進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)整體性計(jì)算，基本可以滿足工程設(shè)計(jì)需要，這樣處理結(jié)構(gòu)模型較簡(jiǎn)單，便于結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及提高計(jì)算效率。瀝青混凝土彈性模量約為水泥混凝土的1/20，而且橋面鋪裝層一般較薄(約為50～80 mm)，而一般混凝土橋面板厚度在200 mm以上，在橋梁整體結(jié)構(gòu)力學(xué)分析中，不計(jì)入鋪裝層結(jié)構(gòu)剛度。根據(jù)坭洲水道橋設(shè)計(jì)圖紙，利用Midas建立模型如圖3所示，其中吊桿與主纜采用只受拉結(jié)構(gòu)單元，加勁梁、主塔以及主塔橫梁采用梁?jiǎn)卧?，吊桿與主纜內(nèi)部基于大位移與小位移的初始內(nèi)力利用Midas懸索橋建模助手內(nèi)部計(jì)算程序計(jì)算獲得，全模型節(jié)點(diǎn)共895個(gè)，單元共896個(gè)(其中只受拉單元698個(gè)，普通梁?jiǎn)卧?98個(gè))，固定支承8個(gè)，剛性連接173個(gè)。主纜、吊桿、加勁梁以及塔墩材料參數(shù)如表1所示。坭州懸索橋吊索編號(hào)如圖4所示。
表1 模型材料參數(shù)
圖3 坭州懸索橋有限元模型
圖4 坭州懸索橋吊索編號(hào)
按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》，采用雙向8車道布置汽車—超20級(jí)車隊(duì)，汽車荷載的橫向布置如圖5所示，縱向布置如圖6所示。計(jì)算該工況下橋梁的受力狀態(tài)，分析橋面板的軸向應(yīng)變。
圖5 對(duì)稱荷載橫向布置圖
圖6 對(duì)稱荷載縱向布置圖
圖7 位移變形包絡(luò)圖
由圖3～圖5位移變形包絡(luò)圖可以看出，位移形變最大的點(diǎn)位于主橋39號(hào)索下，39號(hào)索附近的37、38、39、40以及41號(hào)索下的關(guān)鍵截面位移如表2所示。39號(hào)索附近的37、38、39、40以及41號(hào)索下節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力和應(yīng)力情況如表3所示。由表可知，撓曲線的主跨跨中最大值撓度為471.791 cm。
表2 關(guān)鍵截面位移
圖8 彎矩包絡(luò)圖
圖9 扭矩包絡(luò)圖
圖10 軸力包絡(luò)圖
圖11 剪力包絡(luò)圖
車道荷載作用下的內(nèi)力分布和變形如圖2-圖8～2-11，關(guān)鍵截面內(nèi)力如表3所示。分析沿順橋方向的平面彎矩、扭矩、軸力及剪力分布情況，如圖2-8～2-11可知，在車隊(duì)荷載作用下，彎矩、軸力及剪力峰值出現(xiàn)在橋塔根部的橋面板處，而扭矩沿順橋方向分布均勻，這表明了坭州懸索橋在偏載車隊(duì)荷載下橋塔根部處的橋面板為最不利位置。
表3 關(guān)鍵截面內(nèi)力
4 結(jié) 語
基于虎門二橋鋼橋結(jié)構(gòu)形式，利用Midas分析不同交通荷載作用下橋面系最不利狀態(tài)截段，得到以下結(jié)論。
(1)由位移變形包絡(luò)圖可以看出，位移形變最大的點(diǎn)位于主橋39號(hào)索下，39號(hào)索附近的37、38、39、40以及41號(hào)索下節(jié)點(diǎn)的撓曲線的主跨跨中最大值撓度為471.791 cm。
(2)在車隊(duì)荷載作用下，彎矩、軸力及剪力峰值出現(xiàn)在橋塔根部的橋面板處，而扭矩沿順橋方向分布均勻，這表明了坭州懸索橋的在偏載車隊(duì)荷載下橋塔根部處的橋面板為最不利位置。
猜你喜歡
《形而上學(xué)》△卷的結(jié)構(gòu)和位置哲學(xué)評(píng)論(2021年2期)2021-08-22 01:53:34 隱蔽失效適航要求符合性驗(yàn)證分析民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究(2020年4期)2021-01-21 09:15:02 論結(jié)構(gòu)中華詩詞(2019年7期)2019-11-25 01:43:04 新型平衡塊結(jié)構(gòu)的應(yīng)用模具制造(2019年3期)2019-06-06 02:10:54 電力系統(tǒng)不平衡分析電子制作(2018年18期)2018-11-14 01:48:24 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)分析山東工業(yè)技術(shù)(2016年15期)2016-12-01 05:31:22 論《日出》的結(jié)構(gòu)影視與戲劇評(píng)論(2016年0期)2016-11-23 05:26:01 創(chuàng)新治理結(jié)構(gòu)促進(jìn)中小企業(yè)持續(xù)成長(zhǎng)現(xiàn)代企業(yè)(2015年9期)2015-02-28 18:56:50 中西醫(yī)結(jié)合治療抑郁癥100例分析中國(guó)中醫(yī)藥現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育(2014年11期)2014-08-08 13:23:44 在線教育與MOOC的比較分析終身教育研究(2014年5期)2014-02-28 01:23:06
聶 文
(廣州肖寧道路工程技術(shù)研究事務(wù)所有限公司，廣東 廣州 510000)
0 緒 論
鋼橋面鋪裝體系由正交異性鋼橋面系和鋪裝層組成。由于鋼橋面鋪裝層直接鋪設(shè)在正交異性板上，而正交異性鋼橋面板柔度大，在移動(dòng)車輛荷載的影響下，鋼橋受力復(fù)雜，受力比一般的帶基層路面鋪裝復(fù)雜。早期對(duì)鋼橋鋪裝的研究主要集中在鋪裝材料特性方面，對(duì)鋼橋結(jié)構(gòu)的正交異性對(duì)鋪裝層受力性能的影響缺乏深入研究。近年來，逐漸關(guān)注正交異性鋼橋面系結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對(duì)鋪裝層受力性能的重要影響，在研究鋪裝層時(shí)，綜合橋面系統(tǒng)、鋪裝層材料以及鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為一體，逐漸為學(xué)術(shù)界和工程界重視。鋼橋面鋪裝層由于受到加勁肋的加勁支撐作用，在車輛荷載作用下，負(fù)彎矩較容易出現(xiàn)在橋梁橋面系的加勁肋、橫肋(橫隔板)和橋面系的縱隔板的頂部位置的瀝青混凝土鋪裝層結(jié)構(gòu)中，在負(fù)彎矩下橋面系鋪裝層的最大拉應(yīng)變通常都會(huì)表現(xiàn)在橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的表面位置，如果出現(xiàn)橋面鋪裝層采用的鋪裝材料的極限抗拉強(qiáng)度表現(xiàn)的不足的情況，橋面鋪裝層表面的拉應(yīng)變會(huì)導(dǎo)致橋面鋪裝層材料發(fā)生破壞，在鋪裝表面會(huì)出現(xiàn)裂縫。因此，在進(jìn)行鋪裝層的計(jì)算分析時(shí)就必須將鋪裝層與鋼橋面板結(jié)合起來考慮。
1 分析方法
本課題研究以虎門二橋?yàn)楸尘?，利用Midas分析不同交通荷載作用下橋面系最不利狀態(tài)截段，為虎門二橋鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)提供科學(xué)的理論依據(jù)。
2 結(jié)構(gòu)建模及計(jì)算參數(shù)
作為珠三角的地標(biāo)建筑和重要通道，虎門二橋的建設(shè)質(zhì)量對(duì)粵港澳灣區(qū)經(jīng)濟(jì)、政治和社會(huì)影響具有重要的意義，目前我國(guó)鋼橋面鋪裝技術(shù)整體上處于探索和發(fā)展階段，鑒于虎門二橋的交通量和地理位置的重要性，采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施虎門二橋存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。為提高虎門二橋鋼橋面鋪裝的可靠性和耐久性，根據(jù)虎門二橋?qū)嶋H施工過程及未來運(yùn)營(yíng)的實(shí)際情況，在荷載變化和外部環(huán)境作用下，進(jìn)行虎門二橋橋面的力學(xué)分析。通過關(guān)鍵問題的研究成果，為虎門二橋?qū)嶋H施工過程提供更為可靠的依據(jù)和措施，保證橋面質(zhì)量。
虎門二橋過江通道工程包括兩座大跨徑懸索橋，分別是：坭洲水道橋的雙塔雙跨懸索橋跨徑布置為658+1 688+522 m(鋼箱梁長(zhǎng)度為548+1 688 m)、大沙水道橋雙塔單跨懸索橋跨徑布置為360+1 200+480 m(鋼箱梁長(zhǎng)度為1 200 m)，如圖1所示，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖見圖2。
圖1 橋型布置
圖2 虎門二橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖
3 坭州水道橋雙塔雙跨懸索橋計(jì)算結(jié)果分析
懸索橋?yàn)槔|索支撐橋梁，其結(jié)構(gòu)體系可分為四種主要構(gòu)件：(1)具有橋面的加勁梁；(2)支撐加勁梁的纜索體系；(3)支撐纜索體系的索塔；(4)豎向和水平支撐纜索體系的錨碇。
懸索橋結(jié)構(gòu)為多次超靜定，高度非線性結(jié)構(gòu)，分析計(jì)算非常復(fù)雜，一般要借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一般把懸索橋簡(jiǎn)化為空間桿系結(jié)構(gòu)進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)整體性計(jì)算，基本可以滿足工程設(shè)計(jì)需要，這樣處理結(jié)構(gòu)模型較簡(jiǎn)單，便于結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及提高計(jì)算效率。瀝青混凝土彈性模量約為水泥混凝土的1/20，而且橋面鋪裝層一般較薄(約為50～80 mm)，而一般混凝土橋面板厚度在200 mm以上，在橋梁整體結(jié)構(gòu)力學(xué)分析中，不計(jì)入鋪裝層結(jié)構(gòu)剛度。根據(jù)坭洲水道橋設(shè)計(jì)圖紙，利用Midas建立模型如圖3所示，其中吊桿與主纜采用只受拉結(jié)構(gòu)單元，加勁梁、主塔以及主塔橫梁采用梁?jiǎn)卧?，吊桿與主纜內(nèi)部基于大位移與小位移的初始內(nèi)力利用Midas懸索橋建模助手內(nèi)部計(jì)算程序計(jì)算獲得，全模型節(jié)點(diǎn)共895個(gè)，單元共896個(gè)(其中只受拉單元698個(gè)，普通梁?jiǎn)卧?98個(gè))，固定支承8個(gè)，剛性連接173個(gè)。主纜、吊桿、加勁梁以及塔墩材料參數(shù)如表1所示。坭州懸索橋吊索編號(hào)如圖4所示。
表1 模型材料參數(shù)
圖3 坭州懸索橋有限元模型
圖4 坭州懸索橋吊索編號(hào)
按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》，采用雙向8車道布置汽車—超20級(jí)車隊(duì)，汽車荷載的橫向布置如圖5所示，縱向布置如圖6所示。計(jì)算該工況下橋梁的受力狀態(tài)，分析橋面板的軸向應(yīng)變。
圖5 對(duì)稱荷載橫向布置圖
圖6 對(duì)稱荷載縱向布置圖
圖7 位移變形包絡(luò)圖
由圖3～圖5位移變形包絡(luò)圖可以看出，位移形變最大的點(diǎn)位于主橋39號(hào)索下，39號(hào)索附近的37、38、39、40以及41號(hào)索下的關(guān)鍵截面位移如表2所示。39號(hào)索附近的37、38、39、40以及41號(hào)索下節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力和應(yīng)力情況如表3所示。由表可知，撓曲線的主跨跨中最大值撓度為471.791 cm。
表2 關(guān)鍵截面位移
圖8 彎矩包絡(luò)圖
圖9 扭矩包絡(luò)圖
圖10 軸力包絡(luò)圖
圖11 剪力包絡(luò)圖
車道荷載作用下的內(nèi)力分布和變形如圖2-圖8～2-11，關(guān)鍵截面內(nèi)力如表3所示。分析沿順橋方向的平面彎矩、扭矩、軸力及剪力分布情況，如圖2-8～2-11可知，在車隊(duì)荷載作用下，彎矩、軸力及剪力峰值出現(xiàn)在橋塔根部的橋面板處，而扭矩沿順橋方向分布均勻，這表明了坭州懸索橋在偏載車隊(duì)荷載下橋塔根部處的橋面板為最不利位置。
表3 關(guān)鍵截面內(nèi)力
4 結(jié) 語
基于虎門二橋鋼橋結(jié)構(gòu)形式，利用Midas分析不同交通荷載作用下橋面系最不利狀態(tài)截段，得到以下結(jié)論。
(1)由位移變形包絡(luò)圖可以看出，位移形變最大的點(diǎn)位于主橋39號(hào)索下，39號(hào)索附近的37、38、39、40以及41號(hào)索下節(jié)點(diǎn)的撓曲線的主跨跨中最大值撓度為471.791 cm。
(2)在車隊(duì)荷載作用下，彎矩、軸力及剪力峰值出現(xiàn)在橋塔根部的橋面板處，而扭矩沿順橋方向分布均勻，這表明了坭州懸索橋的在偏載車隊(duì)荷載下橋塔根部處的橋面板為最不利位置。
猜你喜歡
哲學(xué)評(píng)論(2021年2期)2021-08-22 01:53:34
民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究(2020年4期)2021-01-21 09:15:02
中華詩詞(2019年7期)2019-11-25 01:43:04
模具制造(2019年3期)2019-06-06 02:10:54
電子制作(2018年18期)2018-11-14 01:48:24
山東工業(yè)技術(shù)(2016年15期)2016-12-01 05:31:22
影視與戲劇評(píng)論(2016年0期)2016-11-23 05:26:01
現(xiàn)代企業(yè)(2015年9期)2015-02-28 18:56:50
中國(guó)中醫(yī)藥現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育(2014年11期)2014-08-08 13:23:44
終身教育研究(2014年5期)2014-02-28 01:23:06
