吉林大学学报(工学版) ›› 2018, Vol. 48 ›› Issue (6): 1735-1746.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20170719

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基于空间网格分析的多箱室波形钢腹板组合梁腹板剪力分配

尼颖升1(),孙启鑫2(),马晔1,徐栋2,刘超2   

  1. 1. 交通运输部 公路科学研究院,北京100088
    2. 同济大学 土木工程学院,上海 200092
  • 收稿日期:2017-07-08 出版日期:2018-11-20 发布日期:2018-12-11
  • 作者简介:尼颖升(1984-),男,副研究员,博士.研究方向:桥梁加固及波形钢腹板组合梁.
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51278521)

Shear distribution of multi-cell corrugated steel web composite beams based on space grid analysis

NI Ying-sheng1(),SUN Qi-xin2(),MA Ye1,XU Dong2,LIU Chao2   

  1. 1. Research Institute of Highway,Ministry of Transport,Beijing 100088, China
    2. School of Civil Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,China
  • Received:2017-07-08 Online:2018-11-20 Published:2018-12-11

摘要:

针对多箱室波形钢腹板组合梁桥设计中空间杆系模型缺乏空间效应精细化分析,平面梁格法在等效原理上的近似性不能准确反映箱形组合梁的剪应力分布和顶底板局部受力,以及实体模型很难与总体计算相结合的缺点,提出采用空间网格分析方法进行多箱室波形钢腹板组合梁腹板组合梁桥剪力分配。实例分析结果表明:空间网格模型可以将各道腹板剪力横向分配全部算清楚,且得出了斜拉桥边中跨的关键截面横梁处各道腹板剪力分配规律,为此类工程设计提供了一定的参考价值。

关键词: 工程力学, 波形钢腹板, 组合梁斜拉桥, 多箱室, 空间网格模型, 精细化分析

Abstract:

The composite girder bridge with multi-cell corrugated steel web has been widely used in recent years, but there are some deficiencies in the corresponding specification and fine calculation methods. At present, the design mostly adopts the computational analytical method combining the spatial bar system model, plane beam grillage model and solid model. However, the spatial bar system model is short of the refinement analysis on the space effect, such as the shear lag effect, effective distribution width problem, and eccentric load factor problem etc. Due to the similarity of the plane beam grillage method in the equivalence principle, it can not accurately reflect the shearing stress distribution and local stress of the top and bottom plates of the box type composite beam. The solid model is very difficult to combine with the overall calculation. Moreover, the spatial grid model can achieve the refinement analysis, with the integrity of the analysis and the comprehensiveness of the stress checking calculation, and can make up the deficiency of the analytical method currently. Through the example verification of the solid model and spatial grid model, it can be seen that the calculation results for the stress and the displacement of two models are almost consistent, indicating the applicability and precision of the grid model.The real bridge analysis shows that the space grid model of multiple chamber box girder with corrugated steel webs can be calculated the web shear transverse distribution clearly, and the each web shear distribution rules of cable-stayed bridge at the key sections of side and mid span, so it can provide some suggestions for this kind of engineering design.

Key words: engineering mechanics, corrugated steel web, composite beam cable-stayed bridge, multi-cell, spatial grid model, refined analysis

中图分类号: 

  • TU318

图1

空间网格模型简化原理示意图"

图2

空间网格模型的截面划分方式示意图"

图3

空间网格模型常用截面"

图4

空间网格模型常用截面截面特性计算示意图"

图5

空间网格模型“划分截面”效应计算示意图"

图6

波纹钢腹板截面图及其尺寸图"

图7

ANSYS实体模型及波纹板一个波长示意图"

图8

波纹腹板几何参数示意图"

图9

竖杆单元截面和面外刚度截面"

图10

空间网格模型示意图"

图11

比较点位置"

图12

自重作用下的竖向位移对比"

图13

自重作用下的正应力对比"

图14

剪应力对比"

图15

反对称荷载位置示意图"

图16

扭转作用下的竖向位移对比"

图17

扭转作用下的正应力对比"

图18

扭转作用下的剪应力对比"

图19

大桥跨径布置图"

图20

空间网格和单梁计算模型"

图21

箱梁断面划分示意图"

图22

局部模型图"

"

表2

边跨恒载腹板剪力Fz分配规律"

加密区段 外腹板 内腹板 中腹板 大致比例
1号索 1#横梁 88.25 -46.9 217 1:0.53:2.45
2#横梁 320.34 298 -754.5 1:0.91:2.36
3#横梁 537 403.9 -1612.5 1:0.75:3.0
4#横梁 173.7 -164.52 -653.5 1:0.95:3.76
5号索 1#横梁 -55.2 123.45 143.975 1:2.24:2.61
2#横梁 180.07 217.99 -672.44 1:1.21:3.73
3#横梁 394.57 273.4 -1271.92 1:0.69:3.22
4#横梁 -168.13 120.52 179.96 1:0.72:1.07
9号索 1#横梁 -887.74 -576.64 1043.44 1:0.64:1.18
2#横梁 -474.75 -448.52 450.36 1:0.94:0.95
3#横梁 -559.76 -284.98 -536.92 1:0.51:0.96
4#横梁 -438.47 -288.14 -305.57 1:0.66:0.70

表3

中跨恒载腹板剪力Fz分配规律"

加密区段 外腹板 内腹板 中腹板 大致比例
1号索 1#横梁 -175.46 -236.12 928.24 1:1.35:5.29
2#横梁 -570.05 -359.64 1331.66 1:0.63:2.34
3#横梁 -358.46 -306.19 493.08 1:0.85:1.38
4#横梁 -125.77 -115.63 -986.34 1:0.92:7.84
5号索 1#横梁 356.99 -219.57 -350.47 1:0.62:0.98
2#横梁 -193.33 -112.67 1083.06 1:0.58:5.6
3#横梁 -79.07 -68.71 549.58 1:0.87:6.95
4#横梁 155.24 80.77 -319.74 1:0.52:2.06
9号索 1#横梁 374.3 175.9 -333.92 1:0.47:0.89
2#横梁 121.53 115.28 266.09 1:0.95:2.19
3#横梁 215.57 214.22 -603.4 1:0.99:2.8
4#横梁 -214.74 -180.212 349.78 1:0.84:1.63

"

表5

边跨活载腹板最大剪力Fz-max分配规律"

加密区段 外腹板 内腹板 中腹板 大致比例
1号索 1#横梁 320.66 422.6 433.9 1:1.32:1.35
2#横梁 379.7 443.2 333.5 1:1.17:0.88
3#横梁 447.7 473.2 342.2 1:1.06:0.76
4#横梁 313.78 472.1 500.2 1:1.5:1.6
5号索 1#横梁 202.55 230.8 216.6 1:1.14:1.07
2#横梁 243.23 262.4 168.7 1:1.08:0.69
3#横梁 304.36 316.1 179.91 1:1.04:0.59
4#横梁 193.02 281.90 243.90 1:1.46:1.26
9号索 1#横梁 113.49 115.11 152.74 1:1.01:1.35
2#横梁 140.79 160.1 123.83 1:1.14:0.88
3#横梁 183.54 204.29 152.67 1:1.11:0.83
4#横梁 145.68 152.08 117.47 1:1.04:0.81

表6

边跨活载载腹板最小剪力Fz-min分配规律"

加密区段 外腹板 内腹板 中腹板 大致比例
1号索 1#横梁 -189.92 -157.25 -82.53 1:0.83:0.43
2#横梁 -148.99 -128.29 -122.59 1:0.86:0.82
3#横梁 -134.48 -116.85 -114.69 1:0.87:0.85
4#横梁 -261.23 -213.27 -196.85 1:0.82:0.75
5号索 1#横梁 -281.39 -229.54 -161.22 1:0.82:0.57
2#横梁 -230.08 -195.72 -174.78 1:0.85:0.76
3#横梁 -210.25 -176.54 -174.74 1:0.84:0.83
4#横梁 -358.33 -306.84 -206.68 1:0.86:0.58
9号索 1#横梁 -421.5 -433.1 -346.3 1:1.02:0.82
2#横梁 -417.7 -451.3 -316.9 1:1.08:0.76
3#横梁 -395.8 -448.6 -315.8 1:1.13:0.8
4#横梁 -530.5 -518.2 -374.4 1:0.98:0.71

表7

中跨活载腹板最大剪力Fz-max分配规律"

加密区段 外腹板 内腹板 中腹板 大致比例
1号索 1#横梁 267.41 225.01 199.99 1:0.84:0.75
2#横梁 171.44 129.32 129.06 1:0.75:0.75
3#横梁 178.9 138.14 132.89 1:0.77:0.74
4#横梁 200.45 162.31 97.63 1:0.81:0.49
5号索 1#横梁 301.04 284.26 201.06 1:0.94:0.67
2#横梁 173.31 170.86 162.09 1:0.99:0.94
3#横梁 184.12 183.35 157.12 1:1.0:0.85
4#横梁 222.09 214.31 144.15 1:0.96:0.65
9号索 1#横梁 360.75 369.4 278.1 1:1.02:0.77
2#横梁 257.56 277 192.79 1:1.08:0.75
3#横梁 299.69 293.5 191.92 1:0.98:0.64
4#横梁 276.31 275 294.2 1:1.0:1.06

表8

中跨活载腹板最小剪力Fz-min分配规律"

加密区段 外腹板 内腹板 中腹板 大致比例
1号索 1#横梁 -433.3 -571.6 -611.4 1:1.32:1.41
2#横梁 -578.4 -562.4 -436.4 1:0.97:0.75
3#横梁 -510 -534.5 -415.4 1:1.05:0.81
4#横梁 -449.9 -515.9 -537.8 1:1.15:1.2
5号索 1#横梁 -319.56 -418.2 -376.8 1:1.31:1.18
2#横梁 -437.4 -413.5 -268.9 1:0.95:0.6
3#横梁 -375.7 -378.8 -277.4 1:1.0:0.74
4#横梁 -322.57 -359.70 -356.70 1:1.12:1.11
9号索 1#横梁 -231.53 -322.7 -297.5 1:1.4:1.28
2#横梁 -293.33 -315.7 -249.2 1:1.08:0.85
3#横梁 -249.16 -302.5 -284.4 1:1.2:1.14
4#横梁 -365.82 -320 -291 1:0.87:0.8
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