波形钢腹板组合箱梁横向内力有限元分析.pdf

2011年7月第7期
城市道桥与防洪
桥梁结构
波形钢腹板组合箱梁横向内力有限元分析
清1,李立峰
(1.天津市市政工程设计研究院,天津市300051;2.湖南大学土木工程学院,湖南长沙410082)
摘要:为研究波形钢腹板PC组合箱梁在局部荷载作用下的横向内力问题,通过对建立与实桥缩尺比为1:5的有限元模型,利
用空间有限元对其在局部荷载作用下的横向内力进行了数值仿真分析,并得到其横向内力的有效分布宽度,与规范计算得到的
值相对比,表明采用现行公路桥梁设计规范中的有关规定米计算波形钢腹板组合箱梁的横向受力有效分布宽度是安全的。
关键词:波形钢腹板;横向内力;有限元分析
中图分类号:U447.27文献标识码:A文章编号:1009-7716(2011)07-0097-02
概述
2.2试验工况
本模型主要研究波形钢腹板组合箱梁在局部
在我国,传统箱型结构的设计理论已日趋成荷载作用下的横向内力情况,在简支粱跨中位置
熟,但对于波形钢腹板组合箱梁桥,因其结构形式选择其横向的几个关键点进行加载计算,均在弹
的特殊,许多基本力学性能不同于常规组合梁,性阶段进行分析,故均取加载最大值,加载位置见
特别对于其顶板在车轮局部荷载下的横向内力计图2。图中:①点(横向中点处),分2级加载,最大
算,我国桥梁设计规范并没有明确规定,也无法利荷载为10kN;の点(横向腹板内侧四分点处),分
用目前已有传统箱梁的理论方法如:影响面为2级加载,最大荷载10kN;③点(最大悬臂处)
法;平面框架法;以及折板位移法等进行分析。本分2级,最大荷载为5kN。
文以实桥为原型,按1:5的缩尺比建立有限元模
型,并对其横向内力进行分析,计算其有效分布宽
度,并与实际设计中按规范计算的横向内力有效
分布宽度进行对比,得到一些有意义的结论,对实
际设计起到一定的参考作用。
钢盖板
波形钢腹板
2模型设计与加載方案
2.1模型概况
模型为简支梁,梁长5m,计算长度4.8m,梁
阳2模型加载示意图
高0.359m。纵向设四道横隔板,端部和三分点位置
各一道,中横隔板兼作体外预应力筋的转向块。波3有限元分析
形钢腹板、钢盖板采用A3钢,弹性模量210GPa,
本文中的有限元分析采用大型通用有限元计
泊松比取为0.3,实测厚度2.35m,具体尺寸见算软件 ANSYS。混凝土顶、底板及横隔板采用八
应力筋采用2根的15:24钢绞线。く本外预节点实体单元Sid6来模拟,波形钚腹板及波形
图1。钢盖板宽80mm,实测厚度2.73mm
及钢材
钢腹板的钢盖板则采用四节点的弹性板壳单元
的材料特性均现行按规范选取。
Shel163模拟,顶、底板,波形钢腹板及钢盖板均采
195502
用映射网格,其中波形钢腹板及钢盖板的网格密
凌形钠板
度为0.03m,横隔板采用自由网格划分,顶、底板
分成三层单元。其空间有限元计算模型见图3。
图1试验梁截面及腹板尺寸图(单位:m)
收稿日期:2011-03-15
作者简介:刘清(1984-),男,湖南娄底人,研究生,从事市政
桥梁设计工作。
图3波形钢腹板体有限元模型
桥梁结构
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4有限元结果及分析
l11
4.1工况加载10kN时各结果对比分析
1.0
波形钢腹板箱梁顶板横向跨中加载时,箱梁跨
中位置两腹板内侧的顶板横向应力比较见图4,顶
板横向跨中处横向应力沿纵向的分布比较见图5。
C-1C-2C-3C4C-5C6C-7C-8C-9C-10
纵向位置
图7膻板处页板横向应力沿纵向分布图
扫倒恒
4.3工况‖加载5kN时各结果对比分析
波形钢腹板箱梁顶板翼缘板板端位置加载
时,箱梁跨中处顶板横向应力沿横向的分布见图
A-1B-1C-1D-1E-1F-1C1H-1
向位置
8,靠近箱梁加载侧的腹板处的顶板橫向应沿纵向
4跨中顶板横向应力图
的分布见图9
-.0
A-1B-【C-1D-1-1-1C-H-1
10
向位量
1E-2E-3E4E-5E-6E-7E-8E-9E-10
纵向位量
图8跨中顶板向应力图
图5向跨中处顶板横向应力沿纵向分布图
4.2工况加载10kN时各结果对比分析
波形钢腹板箱梁项板横向四分之一位蛩加载
时,箱梁跨中位置两腹板内侧的顶板横向应力比
2.5
较见图6,靠近加载点腹板处的顶板横向应力沿
纵向的分布比较见图7。
C-1C-2C-3C-4C-5C5C-7C-8C-9C-10
图9膻板处顶板向应力沿纵向的分布图
名也
由有限元计算得到局部荷载分别作用在波形
钢腹板箱梁顶板横向跨中、顶板横向四分之一位
置、及翼缘板板端位置时顶板的横向应力,由有效
分布宽度计算式间
A-1B-1C-1D-1
F-1C-1H-1
横向位量
图6跨中位量项板賛向应力日
(下转第110页)