鋼橋蓋梁與主梁連接部詳細(xì)midas工程實(shí)例

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Introduction

AnalysisProcess

AnalysisCondition

AnalysisResults

MaterialProperties

Modeling

02

鋼橋蓋梁詳細(xì)分析

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線性靜力–鋼橋蓋梁與主梁連接部詳細(xì)分析

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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(shí)承受彎、扭荷載，局部將會(huì)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midasFEA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(hào)與P59橋墩蓋梁下面斜交跨過原鐵路線。取P59號(hào)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?jiǎn)卧┠Ｐ颓蟪鲈敿?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

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[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)

Q370qE

210

355

2.1E8

0.30

鋼材(副件)

Q235qD

140

235

2.1E8

0.30

混凝土

-

27

-

2.86E7

0.18

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)

36/36

30

20/12

20/20

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)

20,20,32

10

10

32

(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)

36,28/36,28

20

20/12

20/20

構(gòu)件

D2/D4/D5

橫隔板

D2/D4/D5

橫隔板加勁肋

橫隔板開口部

厚度(mm)

12,34,20

10,10,20

10

(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)

18

12

12/10

14

3.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(hào)橋墩蓋梁為中心左右兩側(cè)各取7.5m范圍建立模型。對(duì)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(gè)主梁之間的橋面板用實(shí)體單元建立模型。

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(duì)于全橋結(jié)構(gòu)的局部模型進(jìn)行分析時(shí)，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(jì)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

-0.250

4.0E-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

-0.155

-1.2E-05

-3.0E-06

二期荷載

左側(cè)面

主梁1

-1.870

1.9E-05

-1.0E-04

主梁2

-1.800

-8.3E-05

-1.2E-04

右側(cè)面

主梁1

-5.130

5.8E-05

5.0E-04

主梁2

-4.750

-3.8E-05

5.1E-04

主梁1

移動(dòng)荷載最大時(shí)

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

-1.492

5.1E-05

1.6E-04

主梁2

-1.427

-4.7E-05

7.5E-05

主梁2

移動(dòng)荷載最大時(shí)

左側(cè)面

主梁1

-3.446

3.6E-04

-3.7E-04

主梁2

-4.964

2.4E-04

-4.7E-04

右側(cè)面

主梁1

-1.080

3.3E-04

3.0E-06

主梁2

-2.259

2.2E-04

7.5E-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(dòng)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(gè)位置的最大主應(yīng)力。查看主梁與蓋梁的頂/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

47.133

210.0

22.44%

O.K

蓋梁底板

108.119

210.0

51.49%

O.K

蓋梁腹板

156.162

210.0

74.36%

O.K

蓋梁支座處橫隔板(E2)

173.006

210.0

82.38%

O.K

交叉部位橫隔板

(D4,D5,D7)

115.730

210.0

55.11%

O.K

主梁頂板

29.576

210.0

14.08%

O.K

主梁下底板

104.161

210.0

49.60%

O.K

主梁腹板

166.224

210.0

79.15%

O.K

主梁橫隔板

(D2)

219.532

140.0

156.81%

N.G

4.2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（