利用ANSYS的钢管混凝土拱梁组合桥分析.pdf

s —G⋯一s◎ 利 用 ANS YS的钢 管混凝 土拱梁组合桥分析 鄢余 文 [ 同济大学建筑设计研究院( 集团) 有限公 司，上海 2 0 0 0 9 2 ] 摘要 ： 为研 究钢管混凝土拱梁组合桥 的受力形 态 ， 运用 ANS YS软件 对某 一钢管 混凝土拱 梁组 合桥分 别建立 了全 桥整体 模 型 、 主拱局部模 型以及 主拱屈曲模型 。计算 了主梁及主拱受 力 ， 验算 了主拱连 接钢缀板及 钢锚箱应 力 ， 进 行 了主拱 屈 曲分析 。结果 表 明 ， 桥梁受力 满足规范要求 ， 结构 安全可靠 ， 主拱不会 发生失稳现象 。 关键词 ： A NS Y S ；钢管混凝土 ；拱梁组合桥 ；有限元 0 引 言 钢 管混 凝 土拱梁 组 合桥 由于造 型美 观 ， 受 力 合 理 ， 造 价低 廉 等优 点 ， 近年 来 得 到广 泛 应 用 l 1 ] 。本 文 论 述 的一座正在建设 的下承式钢管混凝土拱梁组合桥 ， 位 于 内蒙 古 自治 区 。桥 梁 跨 径 组 合 为 2 8 m + 5 8 m + 2 8 m一1 1 4 m， 桥 宽 5 0 ． 6 m， 见 图 1 ～图 2 。 图 1 桥 梁 立面 图 ( c m) ．。 ! 印 2 毡 船 J 靼 Q ． 月 牛 仃 2 ％ 2 # 趔 琵 1 ％ 1 ％ r 1 { r 1． 1 ] }厂 ] I 9 1 5 9 9 5 ． 9 9 5 9 1 5 J l l I l⋯ ⋯⋯⋯⋯⋯4 # O l j⋯⋯⋯⋯⋯ 山 图 2桥梁横 断面图( c m) 钢 管 混 凝 土 由 三 片 拱 肋 组 成 的 三 角 格 构 型 主 拱 ， 主拱间采 用平行缀板 连接 。主拱桁 高 2 ． 5 m， 桁 宽 为变 截 面 ， 由根 部 1 ． 8 5 m 变 至 拱 顶 5 ． 0 m。 拱 轴 理论矢高 1 2 ． 0 m， 矢跨 比 1 ／ 4 ． 8 3 。拱肋桁架 上下弦 杆轴线采用圆弧线 。上弦杆采用 D 6 0 1 ． 2 c m钢管 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 4 — 1 0 混 凝 土 ， 下 弦 杆 采 用 D8 0 1 ． 6 c m 钢 管 混 凝 土 。 主 跨 吊杆 间距 5 ． 0 m， 采 用 钢 锚 箱 结 构 锚 固 于钢 管 混 凝 土 主拱 上 。 主 梁 为 变 截 面 预 应 力 混 凝 土 连 续 箱 梁 ， 跨 中 截 面 梁 高 1 ． 7 0 m， 根 部 截 面 梁 高 3 ． 2 0 m。 箱 梁 为 单 箱 四 室 截 面 ， 腹 板 间 距 9 ． 9 5 m， 腹 板 厚 0 ． 8 ～ 1 ． 2 m， 顶 板 厚 0 ． 2 5 m， 底 板 厚 0 ． 2 5 ～ 0 ． 7 m， 见 图 3。 2 ％ 2％ — —— —— —— L — 一— —— —— — —J ’ L —一 — — —— —_ 』 一 } L 一— L —— — —— —— — 一 I ’ 图 3主 梁 一 般 断面 图 ( c m) 本文利用 ANS YS软件对宽箱梁在 吊杆作用下的 受 力性 能 、 主拱 受 力 、 连 接 缀板 以及 钢 锚箱 的受 力 ， 主 拱 屈 曲稳 定 进行 了全 面细 致 的计算 分析 嘲 。 1 主梁 及 主拱计 算 分析 1 ． 1 有 限 元模型 采 用 大 型 通 用 有 限元 软 件 AN S YS建 立 了本 桥 的整体计算模型 ， 见 图 4 。计算模 型取半 结构 ， 主梁 及 主 拱均 采 用 s o l i d 4 5单 元模 拟 。s o l i d 4 5为空 间实 体 单 元 ， 由八个 节点 组 成 ， 在 单 元 每 一 个 节 点 上 有 三 个 自 由度 。主 拱 连 接 缀 板 采 用 三 维 梁 单 元 b e a m4模 拟 。吊杆 采 用 l i n k l 0杆 单 元 ， 单 元 只 承 受 单 向 拉 伸 ， 吊杆 力 按 初 始应 变 输 入 。 桥 梁 恒 载 及 活 载 按 实 际数 值输入 。 N o 3 2 0 1 1上踢么咯 3 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ◎s一 ⋯G— s 图 1 6拱脚 钢锚 箱等效应力( k P a ) 3主拱 屈 曲稳定 分析 主 拱屈 曲稳定 分 析 采用 b e a m4 4单元 模 拟 。模 型 取全 拱 结构 ， 成桥 吊杆 力 采用 整体 计 算 模 型 的 结果 按 集 中力输 人 ] 。b e a m4 4单元 为空 间梁 单元 ， 是 一 种具 有承受拉 、 压 、 弯 曲和扭转 的单轴梁， 每个单元两个节 点 ， 每个 节点 具有 六个 自由度 。 通 过计算 ， 主 拱为 一 阶面外失 稳 ， 屈 曲稳 定 系 数 为 9 ． 6 8 7 ， 结构稳 定 安全 系数较 高 ， 见 图 1 7 。 图 1 7主拱失稳模态图 3 6 上踢么咯 N o ． 3 2 0 1 1 4 结语 采用 ANS YS分别 建立 了钢 管 混凝 土 拱梁 组 合 桥 整体 模 型 ， 主拱 局 部模 型 以及 主拱 屈 曲模 型进 行 计算 ， 得 出如下 结论 。 ( 1 ) 由于桥 梁 较 宽 ， 主 梁 两 侧 为 梁受 力模 式 ， 主 梁 中间为拱 受力 。 ( 2 ) 钢 筋混 凝 土上拱 压应 力为 8 ． 1 ～1 0 ． 6 MP a ， 下 拱压 应力 为 9 ． 3 ～1 3 ． 7 MP a ， 满足 承载 力要 求 。 ( 3 ) 拱 脚 局 部 应 力 集 中 较 为 突 出 ， 最 大 应 力 为 1 6 ． 4 MP a 。设 计 时应 考虑 配置 局 部预 应 力 ， 采 用 钢纤 维混 凝土 等措 施 ， 提 高 拱脚 应力 集 中 区域 的抗 拉 及抗 裂能 力 。 ( 4 ) 主拱连 接缀 板最 大应 力为 1 8 7 ． 9 MP a ， 钢 锚 箱 最大 应力 为 9 3 ． 4 MP a ， 均 满 足规范 要求 。主拱缀 板 连 接可靠 ， 吊杆顶端钢锚箱传力流畅。 ( 5 ) 主拱屈 曲稳 定 系数 为 9 ． 6 8 7 ， 结构 稳 定 安 全 系 数较 高 。 参 考文献 ： [ 1 ]陈 宝 春． 钢 管 混 凝 土 拱 桥 [ M] ． 北 京 ： 人 民 交 通 卅 版 社 ， 2 0 0 7 ． [ 2 ]陈宝春．钢管混凝土拱桥计算理论研究 进展 [ J ] ． 土木工程 学 报 ， 2 0 0 3 ( 1 2 ) ：4 7 — 5 7 ． [ 3 ]孙潮 ， 陈宝春 ， 张伟 中 ， 等． 钢管 混凝 土拱梁组合桥拱脚结点 应力分 析 [ J ] ． 福 州 大 学 学 报 ( 自然 科 学 版 ) ， 2 0 0 4 ( 4 ) ： 1 9 5 - 2 0 0． [ 4 ]李萍．基 于 AN S YS的 钢管 混 凝 土拱 桥 特征 值 屈 曲 分析 [ J ] ． 城市道桥 与防洪 ， 2 0 0 8 ( 7 ) ： 4 5 — 4 8 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m