范例03線性靜力鋼橋蓋梁與主梁連接部詳細(xì)分析

1、.1. 概要為了避免與原有鐵路線平面交叉，本橋下部結(jié)構(gòu)采用門式框架墩結(jié)構(gòu)，在鐵路線的兩側(cè)設(shè)置柱式橋墩，橋墩頂部再通過蓋梁連接。本橋蓋梁與主梁均采用鋼材材料，在同一高度交叉連接。此類結(jié)構(gòu)在連接部位的橫隔板以及腹板將同時承受彎、扭荷載，局部將會發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。交叉部位是直接影響結(jié)構(gòu)的安全性和使用性的重要部位，所以有必要查看詳細(xì)的應(yīng)力分布情況。 在本例題通過midas FEA程序建立蓋梁和主梁交叉部位的三維詳細(xì)模型進(jìn)行分析，查看其詳細(xì)應(yīng)力分布情況。 2. 橋梁信息2.1 橋梁幾何信息(1) 本橋?yàn)?40=120.0m的連續(xù)（橋?qū)?10.9m）鋼箱梁橋。P58號與P59橋墩蓋梁下面斜交跨過原鐵路線。

2、取P59號橋墩蓋梁兩側(cè)7.5m區(qū)域建立詳細(xì)模型。為了表現(xiàn)全橋效應(yīng)，首先通過桿系（梁單元）模型求出詳細(xì)模型邊界處的位移，然后將其作為強(qiáng)制位移施加到詳細(xì)分析模型的邊界上。(2) 橋梁平面圖與框架模型 平面圖和桿系模型(3) 詳細(xì)分析模型的平面圖與縱、橫斷面圖 橋梁詳細(xì)模型平面圖 橋梁詳細(xì)模型縱、橫斷面圖 2.2 材料和鋼板截面厚度(1) 材料主梁和蓋梁均采用鋼材材料，橋面板用采用混凝土材料，詳細(xì)材料特性如下。使用材料類型容許應(yīng)力(MPa)屈服應(yīng)力(MPa)彈性模量(KN/m2)泊松比鋼材(主件)Q370qE2103552.1E80.30鋼材(副件)Q235qD1402352.1E80.30混凝土-

3、27-2.86E70.18其中頂板、底板、腹板、支座處加勁肋、縱肋、縱向加勁肋、水平/豎直加勁肋、支點(diǎn)處橫隔板(D4，D7，E2)采用主件材料，橫隔板(D2，D5，D6，D8)、橫梁、橫肋、橫向加勁肋采用副件材料。(2) 蓋梁的截面厚度 (mm)構(gòu)件頂、底板腹板縱/橫肋豎直/水平加勁肋厚度(mm)36/363020/1220/20構(gòu)件D7/D8/E2橫隔板D7/D8/E2橫隔板加勁肋橫隔板開口部E2 支座處豎直加勁肋厚度(mm)20,20,32101032(3) 主梁的截面厚度 (mm)構(gòu)件頂、底板腹板縱/橫肋豎直/水平加勁肋厚度(mm)36,28/36,282020/1220/20.;構(gòu)件D

4、2/D4/D5橫隔板D2/D4/D5橫隔板加勁肋橫隔板開口部厚度(mm)12,34,2010,10,2010(4) 橫梁截面 (mm)構(gòu)件上/下翼緣腹板豎直加勁肋(支座外/支座部)水平加勁肋厚度(mm)181212/10143. 模型鋼材構(gòu)件用板單元來建模，橋面板用實(shí)體單元來建模。以P59號橋墩蓋梁為中心左右兩側(cè)各取7.5m范圍建立模型。對頂板、底板、腹板、支座處橫隔板、橫隔板、支座處加勁肋、縱肋、橫肋、水平和豎直加勁肋、橫隔板開口部等部位建立模型，真實(shí)地模擬實(shí)際橋梁。交叉部位主梁的腹板(D7)又可看作鋼橋蓋梁的橫隔板，鋼橋蓋梁的腹板(D4)又可看做主梁的橫隔板。兩個主梁之間的橋面板用實(shí)體單元

5、建立模型。3.1 分析模型完整模型主梁和蓋梁部分模型 整體模型、主梁和蓋梁 鋼橋蓋梁鋼橋主梁鋼橋蓋梁和主梁3.2 邊界條件僅對于全橋結(jié)構(gòu)的局部模型進(jìn)行分析時，局部模型的邊緣要定義相應(yīng)的邊界約束。首先通過全橋結(jié)構(gòu)的桿系模型分析計算局部模型邊緣處節(jié)點(diǎn)的位移，然后在局部模型中以強(qiáng)制位移形式加載。在橫隔板(E2)的支座處，支座尺寸面積范圍內(nèi)設(shè)置了邊界條件。(1) 加載位移荷載荷載類型位置Dz(mm)Rx(rad)Ry(rad)恒荷載左側(cè)面主梁1-0.2504.0E-06-3.0E-06主梁2-0.245-7.0E-06-7.0E-06右側(cè)面主梁1-0.188-3.0E-06-5.0E-06主梁2-0.

6、155-1.2E-05-3.0E-06二期荷載左側(cè)面主梁1-1.8701.9E-05-1.0E-04主梁2-1.800-8.3E-05-1.2E-04右側(cè)面主梁1-5.1305.8E-055.0E-04主梁2-4.750-3.8E-055.1E-04主梁1移動荷載最大時左側(cè)面主梁1-3.361-7.2E-05-3.9E-04主梁2-3.024-1.5E-04-2.5E-04右側(cè)面主梁1-1.4925.1E-051.6E-04主梁2-1.427-4.7E-057.5E-05主梁2移動荷載最大時左側(cè)面主梁1-3.4463.6E-04-3.7E-04主梁2-4.9642.4E-04-4.7E-04右

7、側(cè)面主梁1-1.0803.3E-043.0E-06主梁2-2.2592.2E-047.5E-05(2) 定義邊界節(jié)點(diǎn)的剛性連接 在截面的邊界節(jié)點(diǎn)上定義剛性連接 (3) 定義鋼橋蓋梁支座 蓋梁支座 3.3 荷載定義成橋荷載。自動考慮主梁、蓋梁以及橋面板結(jié)構(gòu)的自重，枕木、鐵軌、防撞墻等作為二期荷載施加在橋面板上。列車荷載按蓋梁最不利進(jìn)行加載（LS-22荷載），沒有考慮不均勻沉降的影響。(1) 二期荷載(枕木，鐵軌，防撞墻等 = 64.41KN/m ) 二期恒荷載(2) 列車荷載 (按蓋梁的彎矩最大和剪力最大布置) 列車荷載(LS-22) 4. 分析結(jié)果4.1 分析結(jié)果查看各個位置的最大主應(yīng)力。查看

8、主梁與蓋梁的頂/底板、腹板、交叉部位的橫隔板等的最大主應(yīng)力分布結(jié)果。蓋梁的頂/底板應(yīng)力結(jié)果蓋梁的支座處橫隔板(E2)應(yīng)力結(jié)果蓋梁橫隔板(D7,D6,E2,D8)應(yīng)力結(jié)果主梁頂/底板應(yīng)力結(jié)果主梁橫隔板(D2,D4,D5)應(yīng)力結(jié)果交叉部橫隔板(D4,D5,D7)應(yīng)力結(jié)果整體模型應(yīng)力結(jié)果位置最大應(yīng)力(MPa)容許應(yīng)力(MPa)最大應(yīng)力/容許應(yīng)力驗(yàn)算蓋梁頂板47.133210.022.44%O.K蓋梁底板108.119210.051.49%O.K蓋梁腹板156.162210.074.36%O.K蓋梁支座處橫隔板(E2)173.006210.082.38%O.K交叉部位橫隔板(D4,D5,D7)115.

9、730210.055.11%O.K主梁頂板29.576210.014.08%O.K主梁下底板104.161210.049.60%O.K主梁腹板166.224210.079.15%O.K主梁橫隔板(D2)219.532140.0156.81%N.G4.2 結(jié)論主梁和蓋梁連接部的三維有限元詳細(xì)分析結(jié)果如下。(1) 鋼箱主梁和蓋梁頂/底板處應(yīng)力未達(dá)到滿容許應(yīng)力的60%，可以判斷非常安全。(2) 主梁和蓋梁的腹板應(yīng)力雖然大于頂/底板的應(yīng)力，但未達(dá)到容許應(yīng)力的55%，可以判斷為安全。(3) 主梁和蓋梁交叉部位的橫隔板（D4，D5，D7）應(yīng)力達(dá)到了容許應(yīng)力的61%左右。(4) 蓋梁支座處橫隔板（E2）應(yīng)力達(dá)到容許應(yīng)力的82%。(5) 與橫梁相交的主梁橫隔板（D2）最大應(yīng)力為220MPa，相對于副件材料-Q235q