钢箱梁桥面板力学分析合理模型的确定.pdfVIP

中国公路学会2004年学术年会论文集 13．钢箱梁桥面板力学分析合理模型的确定 吴一鸣 顾兴宇 倪富健 (东南大学交通学院) 摘 要：本文根据大跨径钢桥钢箱梁的实际设计尺寸。建立钢箱梁的完整有限元模型和不同规模的简化 模型。对比分析了相同荷载作用下各模型的节点位移、应力、应变等力学指标。并讨论了单元类型、单元大小对 有限元计算的影响．得到了横向上包括6个U形加劲肋、纵向上包括3跨范围的桥面板简化计算模型。 关键词：钢箱梁正交异性桥面板有限元模型力学分析 1‘前言 在行车荷载的作用下，钢箱梁正交异性桥面板沥青混凝土铺装层易出现纵横向裂缝等病害，这主要是由于正交 异性钢板在荷载作用下发生显著局部变形，铺装层追随变形引起表面出现较大的纵横向拉应变。因此，为了解铺装 层的力学响应，就必须对钢箱梁的受力特性进行深入研究。 从目前国内外的研究情况来看，对于钢箱梁及桥面铺装层的力学分析，主要有编制专用有限元程序或者利用通 软件，必须对计算机编程和有限元计算方法的实现过程有深入的了解，同时对于复杂的结构和边界条件必须进行一 系列的简化和假定，这可能会导致局部出现一定的计算误差；采用通用有限元软件进行分析，受模型结构大小、计算 精度要求的局限较大，不同的模型大小、单元的类型、单元尺寸、加载方式对计算结果都有显著影响。由于钢箱梁的 尺寸非常大，因此有必要研究如何在现有计算机性能的基础上建立合理大小的有限元模型，兼顾有限元计算的速度 和精度。 本文通过建立钢箱梁的完整模型和不同尺寸的简化模型，对比不同模型在相同的车轮荷载作用下的力学响应， 不断缩小有限元模型的规模，变换各种不同的约束方式，最终得到了主要力学指标的计算结果与完整模型十分接近 的一个简化模型。通过对简化模型的计算分析，就可以研究钢箱梁各组件对铺装层受力的影响。 2钢箱梁的完整计算模型及其简化模型 2．1结构模型 按某大桥钢箱梁的实际设计尺寸建立如图1所示的完整有限元模型，并根据多次试算和分析，建立如图2所示 表1所示。 图1模型A(完整模型) 图2模型B(简化模型) —--·——232—— 二、桥梁工程篇／13．钢箱梁桥面板力学分析合理模型的确定 2．2荷载模型 形边缘的间距为lOcm。荷载在桥面上的布置如图3、图4所示，横向分为3个不同的荷位，纵向上分为两块横隔板 的跨中和横隔板正上方两个荷位。为了便于后文中的说明，将这些荷载位置组合编号为胁Ⅳ，M代表纵向的2个 不同位置，Ⅳ代表横向的3个不同位置，比如荷位1．2表示荷载在纵向上为荷位1(即跨中)处，横向在荷位2(即荷载 对称于图中曰点)处。 模型尺寸汇总(单位：mill) 表1 顶板板厚 12 底板及斜腹板板厚 10 横隔板间距 3200 横隔板板厚 10 上口宽 300 上口宽 300 下口宽 169．3 下口宽 180 顶板U形加劲肋 高 280 顶板U形加劲肋 高 250 间距 600 间距 900 板厚 6 板厚 6 中心线 N 一