《基于Midas FEA的鋼箱梁頂推施工中局部應力和局部穩(wěn)定分析》3000字（論文）

基于MidasFEA的鋼箱梁頂推施工中局部應力和局部穩(wěn)定分析目錄TOC\o"1-2"\h\u79520引言 1100111工程概況 2222022局部分析模型確定 2295142.1局部分析建模 2213153局部分析結果 3108953.1局部靜力分析 3139403.1局部穩(wěn)定分析 4141024參數(shù)分析 4315354.1底板板肋布置對局部應力的影響 410454.2腹板厚度對局部應力的影響 5133784.3腹板角度對屈曲的影響 691625結論 7294301）在最不利工況下，鋼箱梁局部穩(wěn)定與應力結果滿足規(guī)范要求。 74696參考文獻： 80引言頂推法施工從施工條件、技術要求等方面均與吊裝法、懸臂法、轉體法、支架法等其他施工方法有很大差異，其具有施工費用較低、施工設備少、不影響橋位處交通運行等優(yōu)點，對其施工過程的研究也不同于其他施工方法。當橋位施工場地受限，或者在運營的既有線上方施工時，為確保運營線路的安全，頂推法施工是較理想的方法[1]。鋼箱梁在頂推施工過程中局部受力特性比較復雜，鋼箱梁采用頂推法施工時不僅需要滿足成橋階段受力還需要滿足施工階段受力的要求[2]。本文以某鋼混組合梁橋方案論證階段中頂推施工方案研究為依托，探討一些關鍵結構參數(shù)對施工過程中局部受力的影響。1工程概況本文以某鋼混組合箱梁橋方案設計階段為研究對象，橋梁主跨128m，該橋鋼梁部分采用單箱單室封閉箱型截面，核心箱梁底寬11m，梁高6m，按雙向6車道設計，主梁斷面如圖1所示。圖1主梁典型斷面圖（cm）本橋鋼箱梁核心箱采用Q345qD，其跨中標準橫斷面的頂板、腹板及底板均采用24mm；支點附近斷面頂板厚48mm、底板厚56mm、腹板厚度為52mm；為了整體受力要求，核心箱頂板及底板均采用板式加勁肋，其鋼板厚度在16~40mm之間，腹板縱向加勁肋采用T型，其鋼板厚度在20~40mm之間；核心箱橫隔板采用桁架式橫隔板，其縱向間距沿橋梁方向4m；為滿足頂推過程中腹板穩(wěn)定性，在腹板上設置橫向頂推加勁肋，其縱向間距采用1m。2局部分析模型確定采用頂推施工的橋梁受力形式較其他施工方法復雜，隨著橋梁位置時刻發(fā)生變化，每個斷面都需經(jīng)過一次頂推作用，其結構受力也在變化，因此梁體局部受力較復雜。本文首先通過整體分析模型中計算出主梁在頂推過程出現(xiàn)的最大支反力，然后將最大支座反力作為外荷載作用鋼箱局部分析模型上進行應力和穩(wěn)定分析；利用應力結果和特征值屈曲結果，對局部受力提出了改善錯施。2.1局部分析建模采用MidasFEA有限元軟件中的板殼單元來模擬鋼箱梁，根據(jù)圣維南原理，選取5個橫梁間距節(jié)段建立鋼箱梁節(jié)段模型，模型節(jié)段長度長共20m，節(jié)段模型見圖2。頂推過程中鋼箱梁主要承受由梁底的滑道梁處向上的支反力；由于鋼箱梁和滑道梁接觸是面接觸，通過將梁段所受的滑道梁集中支反力折算成豎向面荷載來模擬外荷載。滑道梁與鋼箱梁底的接觸尺寸：長1.8m、寬0.9m。兩端相鄰梁段的約束邊界條件近似按完全固結處理。圖2局部有限元模型鋼箱梁分析模型網(wǎng)格尺寸按0.1m劃分，其共劃分了48679個板殼單元；鋼箱梁的彈性模量為2.1×108kN/m2，重度為76.98kN/m3，泊松比為0.3。3局部分析結果3.1局部靜力分析在最不利工況下，鋼箱梁等效應力云圖如圖3所示。圖3鋼箱梁主要構件等效應力（單位：MPa）由上述應力計算結果可知，頂推過程中鋼箱梁的主要局部受力構件為：底板、內(nèi)腹板、底板縱向加勁肋、底板橫向加勁肋，其中底板橫向加勁肋最不利。表2列出了各主要受力構件的最大等效應力值，在底板橫向加勁肋出現(xiàn)最大等效應力251MPa，應力計算結果滿足要求[3][4]。表2主要受力構件最大等效應力值（MPa）位置底板腹板底板縱向加勁肋底板橫向加勁肋最大等效應力2411432422513.1局部穩(wěn)定分析鋼箱梁由高強度的薄壁鋼板組成，其在頂推過程中局部穩(wěn)定性同樣重要，現(xiàn)通過數(shù)值分析來研究其穩(wěn)定性問題。經(jīng)分析，在頂推過程中，鋼箱梁與滑道接觸區(qū)域容易發(fā)生局部屈曲；當梁體兩個橫隔板之間部位頂推到滑道梁時，對于局部穩(wěn)定來說是最不利。其中與滑道梁接觸的底板縱向加勁肋最容易屈曲，第一階彈性屈曲系數(shù)為2.28，局部穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。底板縱向加勁肋的一階屈曲變形如圖4所示：圖4鋼箱梁主要構件屈曲變形（單位:mm）由分析可知縱向加勁肋比較容易發(fā)生失穩(wěn)，可通過增加與滑道梁接觸的底板縱向加勁肋剛度的方式來改善其局部穩(wěn)定性能。4參數(shù)分析4.1底板板肋布置對局部應力的影響由上述靜力分析結果可知，在頂推過程中，鋼箱梁底板局部應力較大?？紤]到底板加勁肋對底板受力影響很大，因此需要研究底板加勁肋相關參數(shù)對局部應力的影響?，F(xiàn)考慮3種參數(shù)對結構局部受力的影響：通過改變底板加勁肋數(shù)目、增加滑道梁接觸的底板加勁肋剛度、滿足鋼箱梁整體受力原截面。鋼箱梁采用分析的3種截面形式見圖5所示。圖5鋼箱梁截面形式本文分別以A、B、C、D、E代表箱梁底板、底板橫向加勁肋腹板、底板橫向加勁肋頂板、底板縱向加勁肋、箱梁腹板、腹板橫向加勁肋5個位置上最大等效應力點。上述3種不同底板加勁肋形式的鋼箱梁各主要位置上最大等效應力如圖6所示。圖6不同截面構件等效應力（MPa）由上圖可知，采用增加滑道梁接觸的底板加勁肋剛度措施僅對加固的這根加勁肋有顯著效果，但其他位置上的應力并未明顯降低；通過改變底板加勁肋數(shù)目可以有效降低其他位置上的應力值。因此合理的布置底板加勁肋數(shù)目及位置對局部受力很重要。4.2腹板厚度對局部應力的影響腹板作為鋼箱梁的主要受力構件，且其受力較復雜，在頂推過程中，腹板承受較大的彎曲應力和剪應力，腹板的厚度對全橋的用鋼量又有較大的影響，因此探討腹板厚度對應力的影響很有必要?，F(xiàn)在模型分別考慮20mm、30mm、40mm、50mm四種不同腹板厚度，不同腹板厚度下各主要構件最大等效應力見圖7：圖7不同截面構件等效應力（MPa）由圖9可知，隨著腹板厚度的增大，底板縱向加勁肋和腹板的最大等效應力值有相應減小，但是底板和橫向加勁肋的最大等效應力變化不大。因此增大腹板鋼箱梁厚度對局部受力作用有限。4.3腹板角度對屈曲的影響在截面選形時，為了增加抗扭性能以及減少底板寬度，從而減少結構自重，會選擇斜腹板鋼箱梁，因此探討腹板角度對屈曲的影響很有必要。為了只研究腹板在頂推受力情況，將上述局部分析模型中滑道對鋼箱梁底板的作用力按線荷載考慮，線荷載直接作用腹板底部?？紤]兩種不同腹板角度在頂推過程對屈曲的影響，不同截面形式見圖8：圖8不同腹板角度鋼梁截面經(jīng)分析，直腹板截面第一階彈性屈曲發(fā)生在靠近底板側腹板區(qū)域，其屈曲系數(shù)為2.6，屈曲變形圖如圖9所示。斜腹板截面發(fā)生第一階彈性屈曲的位置在底板與頂推滑道接觸處，其屈曲系數(shù)為1.8，屈曲變形圖如圖9所示。圖9不同腹板角度鋼梁截面變形云圖由計算分析表明，不考慮其他參數(shù)的影響，在滑道梁處豎向力作用下，斜腹板截面相比直腹板截面抗屈曲能力較弱。直腹板截面第一階彈性屈曲發(fā)生位置在腹板，但斜腹板截面第一階彈性屈曲發(fā)生位置在與滑道梁接觸的底板處。5結論1）在最不利工況下，鋼箱梁局部穩(wěn)定與應力結果滿足規(guī)范要求。2）在頂推過程中，鋼箱梁參與局部受力的主要構件為腹板及腹板橫向加勁肋、底板及底板縱橫向加勁肋。經(jīng)過分析得知，底板及底板縱橫向加勁肋等效應力最大，腹板次之。因此，在截面構造設計時，可以將增加底板與頂推設置接觸區(qū)域的縱向加勁肋數(shù)目作為主要考慮因素。3）鋼箱梁的腹板作為關鍵受力構件。通過局部應力分析可知，改變腹板厚度對改善頂推局部應力影響較??；同時斜腹板相比直腹板其抵抗局部屈曲能力較弱，但相差不大。因此鋼箱梁腹板不作為頂推過程主要考慮因素，這為結構