国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

寬幅鋼桁梁橋面系參與主桁共同作用效應(yīng)研究

2015-08-26 02:59:21傅晨曦韓大章
現(xiàn)代交通技術(shù) 2015年6期
關(guān)鍵詞:桁梁軸力橋面

傅晨曦,周 青,華 新,韓大章

寬幅鋼桁梁橋面系參與主桁共同作用效應(yīng)研究

傅晨曦,周青,華新,韓大章

(江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司,江蘇 南京 210005)

在設(shè)有縱橫梁的鋼桁梁橋面系結(jié)構(gòu)中,混凝土板與縱、橫梁形成組合截面,參與主桁整體結(jié)構(gòu)受力。文章分別以主桁軸力、剛度為對象,分析鋼桁梁橋面系參與主桁共同作用的程度。由于公路鋼桁梁具有寬幅的顯著特點,對5種不同桁寬的參數(shù)模型進(jìn)行對比分析,研究桁寬變化對鋼桁梁橋面系參與主桁共同作用效應(yīng)的影響。

寬幅大跨;鋼桁梁;桁寬變化;橋面系;共同作用

下承式公路鋼桁梁橋與混凝土連續(xù)梁、系桿拱等常見橋梁相比具有自重輕、建筑高度低,施工周期短、對通航影響小、結(jié)構(gòu)形式合理、安全可靠等優(yōu)點,而且采用此類橋梁進(jìn)行老橋改造時可最大程度利用老橋基礎(chǔ)、主橋兩岸接線,節(jié)約了建設(shè)資金,較大程度適應(yīng)了現(xiàn)有的地形條件。江蘇省內(nèi)三級航道通航凈寬80~90 m,主跨100~120 m公路鋼桁梁橋在航道橋梁中應(yīng)用越來越廣泛。由于道路設(shè)計凈空要求,車道數(shù)較多的公路鋼桁梁寬度一般較寬,相對傳統(tǒng)鐵路鋼桁梁橋具有寬幅的顯著特點。項目背景工程為雙向4車道,兩側(cè)各設(shè)置3 m人行道,本項目采用分幅設(shè)計,單幅桁梁主桁中心距13.45 m。隨著車道數(shù)的增加,鋼桁梁的中心距將進(jìn)一步增加。

1 公路鋼桁梁橋面系

公路鋼桁梁的橋面構(gòu)造形式主要有:鋼混凝土結(jié)合橋面和鋼正交異性板橋面。因為正交異性板鋼橋面板制作、安裝困難,用鋼量較大,養(yǎng)護(hù)維修費用較高,公路鋼桁梁通常采用鋼混凝土結(jié)合橋面。

結(jié)合梁混凝土橋面板的功能是將橋面荷載傳遞給鋼梁結(jié)構(gòu),與鋼梁結(jié)構(gòu)共同受力,增加鋼梁結(jié)構(gòu)的整體剛度,節(jié)省用鋼量?;炷涟宓氖芰O其復(fù)雜,存在多種受力體系。橋面板直接承受輪壓局部荷載一般稱為第三受力體系。在設(shè)有縱橫梁的橋面系結(jié)構(gòu)中,混凝土板還與縱、橫梁形成組合截面,作為縱橫梁的上翼緣板與縱橫梁一起共同承受車輛活載,這一體系一般稱為第二受力體系。除此之外,橋面系參與主桁整體結(jié)構(gòu)受力,一般稱為第一受力體系。

本文分別以主桁軸力、剛度為研究對象,分析鋼桁梁橋面系參與主桁共同作用的程度,并對5種不同桁寬的模型進(jìn)行對比分析,以研究桁寬變化對鋼桁梁橋面系參與主桁共同作用的影響。

2 物理意義

在寬幅大跨組合梁橋面系中,橋面系參與主桁共同作用,相當(dāng)于橋面系有一部分可折合到主桁下弦桿中去。這部分可折合到下弦桿中去的橋面系面積稱作橋面系參與主桁共同作用的有效面積。因下弦桿以受軸力為主,所以橋面系對主桁的貢獻(xiàn)用面積來衡量。

采用如下符號和定義:Ae表示橋面系參與主桁下弦桿共同作用的有效面積;At表示橋面系總橫截面積,包括縱梁、混凝土橋面板;ρ表示橋面系參與主桁共同作用的有效面積比,ρ=Ae/At,由于Ae和ρ不容易直接求得,所以從下弦桿與橋面系的軸力分配以及橋面系對主桁剛度增大的貢獻(xiàn)定義橋面系參與主桁共同作用的貢獻(xiàn);φ表示橋面系分擔(dān)主桁下弦桿軸力的比例;Sc表示橋面系將主桁下弦桿的剛度增大的百分比[1-2]。

3 計算方法

研究建立3種有限計算模型:

(1)M0模型:將橋面板、縱梁、下平聯(lián)的彈模設(shè)定為0,即只考慮裸桁進(jìn)行計算,忽略橋面系的作用。

(2)A模型:建立橋面板以板單元模擬,參與橋面系共同受力,橋面板、縱梁、下平聯(lián)的彈模按實際值取。

(3)B模型:不考慮橋面板參與橋面系共同受力,橋面板僅以均布荷載施加于小縱梁,縱梁、下平聯(lián)的彈模按實際值取。

為了研究桁寬增大對橋面系參與主桁共同作用效應(yīng)的影響,分析采用5種桁寬參數(shù)模型,模型立面見圖1。

圖1 各參數(shù)模型立面圖(單位:cm)

參數(shù)建模時應(yīng)注意以下幾點:

(1)保持各桿件截面尺寸及外荷載標(biāo)準(zhǔn)不變,僅變化主桁中心距。

(2)假定桁寬極取差3.5 m,以10 m、13.5 m、17 m、20.5 m、24 m 5種不同桁寬建立各鋼桁梁模型。

(3)為了使每根小縱梁承受橋面板重量保持不變,各參數(shù)模型小縱梁間距均為1.75 m,數(shù)量隨桁寬增大而增加,分別為5、7、9、11、13。

各參數(shù)模型橋面系橫斷面見圖2。

圖2 各參數(shù)模型橋面系橫斷面圖(單位:cm)

3.1φ的計算方法

由M0模型計算得到下弦桿的軸力為N0,A模型計算得到下弦桿的軸力為N1,B模型計算得到下弦桿的軸力為N2,因此橋面系分擔(dān)主桁下弦桿共受軸力作用的程度可以定義為:

式(1)表示橋面板參與橋面系共同受力的情況下,橋面系分擔(dān)主桁下弦桿軸力的比例;

式(2)表示橋面板僅以均布荷載作用于小縱梁的情況下,橋面系分擔(dān)主桁下弦桿軸力的比例。

3.2Sc的計算方法

由薄壁桿件截面特性和板厚的關(guān)系[3],計算Sc時,在主桁其它桿件和荷載等都不變的前提下,只要將M0的主桁下弦桿的橫截面積和抗彎慣性矩同步增大,使主桁的撓度降至與A和B橋面方案下的結(jié)果相同,下弦桿橫截面積和慣性矩的增大的百分比即為橋面系參與主桁下弦桿共同作用的程度Sc。事實上,在有限元分析中只要改變下弦桿的彈性模量E即可。

對M0不斷增大下弦桿的剛度,荷載不變,每增大一次作一次全橋空間有限元分析,直至增大下弦桿后M0的主桁撓度與第1步中算出的A或B的主桁撓度相同,設(shè)M0最后下弦桿剛度增大的倍數(shù)為kc,則Sc=kc-1,即為橋面系將主桁下弦桿剛度增大的倍數(shù)。

求出Sc后,就可以計算Ae和ρ:

式中:Alc為下弦桿的面積。

4 軸力分析

按照上述的計算方法,對采用A橋面方案和B橋面方案的鋼桁架分別進(jìn)行下弦桿軸力計算,分析兩種橋面方案參與主桁共同受力的程度。其中M0模型計算結(jié)果用來進(jìn)行對比分析。

恒載+活載作用下,5種寬度的鋼桁架跨中下弦桿軸力計算結(jié)果見表1(由M0模型計算得到下弦桿的軸力為N0,A模型計算得到下弦桿的軸力為N1,B模型計算得到下弦桿的軸力為N2)。

表1 恒+活作用下主桁跨中下弦桿軸力

3種計算模型在恒+活荷載工況下,主桁跨中下弦桿軸力隨主桁中心距變化的關(guān)系見圖3。由圖可知,隨著主桁中心距增大,下弦桿軸力隨之增大,這是由于恒載與活載增大而引起的。A模型和B模型的下弦桿軸力均明顯小于裸桁,說明橋面系為主桁分擔(dān)了一部分軸力。而A模型下弦桿軸力均小于B模型,說明A模型橋面系比B模型承擔(dān)軸力比例更大。

橋面系分擔(dān)下弦桿軸力比例隨主桁中心距變化的關(guān)系見圖4。由圖可見,5種主桁中心距模型計算所得的φ1均大于φ2,即A模型橋面系分擔(dān)主桁軸力的比例要比B模型大,說明A模型中混凝土橋面板提高了橋面系的縱向剛度,使橋面系更大程度地參與主桁共同受力。對于A模型,主桁中心距的增大對φ1的影響很小,對于B模型,主桁中心距增大,φ2隨之減小,橋面系參與主桁共同作用程度隨之減小。

圖3 主桁跨中下弦桿軸力

圖4 橋面系分擔(dān)下弦桿軸力的比例

5 剛度分析[3]

根據(jù)3.2中的計算方法,分析橋面系將主桁下弦桿剛度增大的倍數(shù),從而得到橋面系參與主桁共同作用的有效面積比。

恒載+活載作用下,A模型、B模型與裸桁M0模型的鋼桁架跨中下弦桿撓度分析結(jié)果見表2和表3。其中,d0為由M0模型計算得到下弦桿的撓度;d1為由A模型計算得到下弦桿的撓度;d2為由B模型計算得到下弦桿的撓度;E0為M0模型下弦桿彈模;E1為為使M0模型下弦桿撓度與A模型相等,將下弦桿彈模提高后的彈模值;E2為為使M0模型下弦桿撓度與B模型相等,將下弦桿彈模提高后的彈模值。

表2 A模型主桁跨中下弦桿撓度

表3 B模型主桁跨中下弦桿撓度

由表可見,恒載+活載作用下,隨著主桁中心距增大,跨中下弦桿撓度相應(yīng)增大,主要原因是恒載與活載隨著主桁中心距增大而增大。

不同模型的跨中下弦桿撓度變化見圖5。由圖可見,對于不同的主桁中心距,A模型、B模型計算得到的下弦桿撓度d1、d2均比M0模型計算所得撓度d0要小,這是由于橋面系參與受力,主桁整體剛度大于M0裸桁模型。對于每種主桁中心距的模型,d1均小于d2,表明含有混凝土橋面板參與作用的A模型的剛度要大于無混凝土橋面板的B模型。橋面板參與作用,一定程度上提高了主桁剛度。另外,隨著主桁中心距的增大,下弦桿彈模提高比例隨之減小。

A模型、B模型橋面系參與主桁共同作用的有效面積比計算結(jié)果分別見表4、表5。由表可見,恒載+活載作用下,A模型的橋面系參與主桁共同作用的有效面積比為31.89%~84.77%,B模型的橋面系參與主桁共同作用的有效面積比為18.19%~68.88%。

圖5 跨中下弦桿撓度

表4 A模型橋面系參與主桁共同作用的有效面積比

表5 B模型橋面系參與主桁共同作用的有效面積比

不同模型的橋面系參與主桁共同作用的面積比變化見圖6。由圖可見,對于不同的主桁中心距,A模型的橋面系有效面積比均明顯大于B模型,表明A模型的橋面系參與主桁共同作用的程度要優(yōu)于B模型,混凝土橋面板一定程度增強(qiáng)了橋面系參與主桁共同作用的面積。

圖6 橋面系參與主桁共同作用的面積比變化圖

隨著主桁中心距的增大,橋面系參與主桁共同作用的有效面積比呈逐漸減小的趨勢。主桁中心距由10 m增大至24 m,A模型的橋面系有效面積比由84.77%降至31.89%,B模型的橋面系有效面積比由68.88%降至18.19%。由此可見,鋼桁梁主桁中心距越大,橋面系參與主桁共同作用的能力越小,對于寬幅鋼混組合梁結(jié)構(gòu),建議增強(qiáng)橋面板與主桁的結(jié)合程度,使橋面系能更好地參與主桁共同受力。

6 結(jié)論

通過對寬幅大跨鋼桁梁橋面系參與主桁共同作用效應(yīng)研究,可得到以下結(jié)論:

(1)由軸力分析可知,A模型橋面系分擔(dān)主桁軸力的比例要比B模型大,說明A模型中混凝土橋面板提高了橋面系的縱向剛度,使橋面系更大程度地參與主桁共同受力。

(2)由剛度分析可知,對于不同的主桁中心距,A模型的橋面系有效面積比均明顯大于B模型,表明A模型的橋面系參與主桁共同作用的程度要優(yōu)于B模型,混凝土橋面板一定程度增強(qiáng)了橋面系參與主桁共同作用的面積。另外,隨著主桁中心距的增大,橋面系參與主桁共同作用的有效面積比逐漸減小,也即橋面系參與主桁共同作用的能力越小。

綜上所述,對于采用鋼混組合橋面系的寬幅大跨公路鋼桁梁,建議采取措施增強(qiáng)橋面板與主桁的結(jié)合程度,使橋面系能更好地參與主桁共同受力。

[1]JTJ D62—2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[2]葉見曙.結(jié)構(gòu)設(shè)計原理(第三版)[M].北京:人民交通出版社,2014.

[3]梁炯.兩主桁四線高速鐵路斜拉橋橋面系結(jié)構(gòu)形式和剛度問題的研究[D].長沙:中南大學(xué),2012.

Research on Interaction Effects of Deck System Involved in the Main Truss of Wide Steel Truss Bridge

Fu Chenxi, Zhou Qing, Hua Xin, Han Dazhang
(Jiangsu Province Communications Planning and Design Institute Limited Company, Nanjing 210014, China)

In the steel truss bridge deck system with longitudinal and horizontal girders, a composite section formed by concrete slab and longitudinal and horizontal girders participates in the overall structure of the main truss. In this article, the axial force and stiffness of main truss are used to analyze the degree of participation in interaction of deck system and the main truss. Because the steel truss bridge in highway department has a notable feature of wide, the interaction effects of deck system involved in the main truss considering the wide variations are researched, comparing 5 parametric models with different truss width.

wide long-span; steel truss bridge; wide change of truss; deck system; interaction effects

U443.32

A

1672-9889(2015)06-0017-04

傅晨曦(1986-),男,江蘇江陰人,工程師,主要從事橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究工作。

(2014-12-23)

猜你喜歡
桁梁軸力橋面
軸力作用下軟土基坑力學(xué)場演化規(guī)律的原位試驗研究*
淺談支撐軸力伺服系統(tǒng)在深基坑中的應(yīng)用
基于無應(yīng)力狀態(tài)起拱法的鋼桁梁橋預(yù)拱度研究
卸載程度對鉚接鋼桁梁橋加固效果的影響
基坑鋼支撐軸力監(jiān)測的優(yōu)化及實踐
水道港口(2020年2期)2020-06-08 04:41:12
橋面施工中平整度的控制
江西建材(2018年1期)2018-04-04 05:26:16
某多跨簡支T梁橋面連續(xù)化改造研究
上海公路(2018年3期)2018-03-21 05:55:50
橋面防水的過去、現(xiàn)在和未來
中國公路(2017年15期)2017-10-16 01:31:57
鋼桁梁拼吊裝施工現(xiàn)場質(zhì)量管理
中國公路(2017年7期)2017-07-24 13:56:22
鋼支撐軸力在安裝過程中的監(jiān)測分析
鐵道勘察(2016年3期)2016-08-01 07:20:14
修武县| 长岭县| 翁牛特旗| 沁源县| 阿坝县| 宁城县| 夏河县| 平阴县| 桑日县| 三江| 石城县| 青神县| 永仁县| 阜城县| 宣武区| 上饶县| 松滋市| 无锡市| 阿荣旗| 大港区| 大姚县| 冷水江市| 普宁市| 太和县| 泽州县| 定边县| 十堰市| 合肥市| 杂多县| 庆云县| 峨边| 济宁市| 双柏县| 杭州市| 获嘉县| 易门县| 柳河县| 朝阳市| 广宗县| 桃园市| 左云县|