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        鋼結(jié)構(gòu)棧橋強(qiáng)度有限元分析

        2020-06-30 10:07:46何建華
        關(guān)鍵詞:強(qiáng)度分析有限元方法

        何建華

        摘? ?要: 在水上建筑工程方面鋼質(zhì)棧橋的使用越來(lái)越多,橋面載荷多為裝載量較大的重型卡車或工程車輛。棧橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析事關(guān)橋梁的承載能力和使用的安全性,是結(jié)構(gòu)工程師重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。以某連接碼頭及江中船舶的鋼質(zhì)棧橋?yàn)槔?,采用有限元軟件建立棧橋的整體模型,計(jì)及橋梁自重、車輛載荷的綜合作用,通過(guò)有限元方法對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行校核分析,指出該類棧橋設(shè)計(jì)的要點(diǎn),為此類棧橋的設(shè)計(jì)提供參考和指導(dǎo)。

        關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu)棧橋? 有限元方法? 強(qiáng)度分析

        中圖分類號(hào):TD52;TU391? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào):1674-098X(2020)03(c)-0145-02

        鋼質(zhì)棧橋與普通橋梁不同,其下方不設(shè)橋墩,多用于連接碼頭和位于江中的船舶或固定式建筑物。由于不設(shè)橋墩,其整橋的跨距不太長(zhǎng),一般為幾十米,橋面多用于行人或工程車輛行走。在鋼質(zhì)棧橋的設(shè)計(jì)中,跨距、橋面載荷的大小及形式是設(shè)計(jì)的外部條件,橋梁的截面形狀、材料特性是內(nèi)部設(shè)計(jì)條件。作為結(jié)構(gòu)工程師,其任務(wù)就是根據(jù)上述各條件設(shè)計(jì)出既符合使用要求又安全、可靠的棧橋結(jié)構(gòu)。本文以某連接碼頭及江中船舶的鋼質(zhì)棧橋?yàn)槔捎糜邢拊椒▽?duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行校核分析,為此類棧橋的設(shè)計(jì)提供參考和指導(dǎo)。

        1? 棧橋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析

        本鋼質(zhì)棧橋用于連接碼頭及江中船舶,橋的一端置碼頭地面處,另一端通過(guò)鋼鉸鏈與江中船舶連接,供載貨汽車上下船舶使用。橋長(zhǎng)21m,橋?qū)?m,橋上行走的車輛整車裝貨總質(zhì)量不大于50t,假定車輛一共有三根車軸,單軸負(fù)荷不大于16.7t。棧橋的布置示意圖見(jiàn)圖1,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元模型示意圖見(jiàn)圖2。

        在計(jì)算中邊界條件設(shè)定如下:棧橋與碼頭連接處約束其節(jié)點(diǎn)的垂向線位移,棧橋與船舶連接處約束其節(jié)點(diǎn)的三向線位移。計(jì)算載荷如下:本棧橋設(shè)計(jì)的行走車輛總重量為50t,在計(jì)算中考慮到水體引起的橋面晃動(dòng)等因素,計(jì)算載荷取為1.2倍的車輛總重量,即為60t。同時(shí),在計(jì)算中需要計(jì)入棧橋自重的影響,因此該自重以重量加速度的方式施加在模型中。各載荷施加見(jiàn)圖3,各構(gòu)件應(yīng)力云圖見(jiàn)圖4~圖6。

        在棧橋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核中,偏于安全考慮,將車輛載荷施加在棧橋的中點(diǎn)位置處,此狀態(tài)是棧橋結(jié)構(gòu)受載最為嚴(yán)重的狀態(tài),也是棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考核的重點(diǎn)工況。同時(shí),本棧橋的自重已達(dá)41t,該自重載荷與設(shè)計(jì)行走的車輛載荷已基本相當(dāng),因此棧橋自重是一個(gè)不可忽略的載荷。從上述計(jì)算結(jié)果可以看出,在變形方面骨架頂部弧形工字鋼梁變形比較嚴(yán)重,表現(xiàn)出波浪狀的變形。骨架的垂向支撐桿由規(guī)格較大的工字鋼構(gòu)成,變形量很小,給整個(gè)橋梁提供了較好的支撐作用。橋面則表現(xiàn)出中部下凹的變形趨勢(shì),這是載荷位于橋面中部造成的。此外,橋面鋼板下面設(shè)置了數(shù)道縱向加強(qiáng)筋,對(duì)橋面起到了較好的抗彎曲變形作用,且大部分的彎曲應(yīng)力由該縱向加強(qiáng)筋吸收。從板、梁的應(yīng)力分布可以看出,在該棧橋結(jié)構(gòu)中骨架梁的設(shè)置起到了至關(guān)重要的作用,是棧橋結(jié)構(gòu)的核心構(gòu)件。

        2? 結(jié)語(yǔ)

        (1)采用有限元方法來(lái)計(jì)算分析鋼結(jié)構(gòu)棧橋的強(qiáng)度是模擬度和可靠度較高的方法,能綜合考慮各種載荷的疊加效應(yīng),并能分析得到各個(gè)構(gòu)件的應(yīng)力大小及變形量,利于后續(xù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析。

        (2)對(duì)于承載負(fù)荷較大的鋼結(jié)構(gòu)棧橋,其橋面上方的骨架設(shè)計(jì)尤為重要,它是提高整個(gè)棧橋抗彎能力的主要構(gòu)件。

        (3)橋面鋼板下的縱向加強(qiáng)筋(梁)不僅起到劃分結(jié)構(gòu)板格的作用,同時(shí)還是橋面應(yīng)力的主要吸收構(gòu)件,分擔(dān)了橋面的大部分應(yīng)力。在棧橋設(shè)計(jì)中,合理設(shè)置橋面縱向加強(qiáng)筋對(duì)提高橋面承載力和抗變形能力起到事半功倍的效果。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 中國(guó)船級(jí)社.國(guó)內(nèi)航行海船建造規(guī)范[M].北京:人民交通出版社,2018.

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