发信人: courieryboo (小凡·每天灌水多一些...), 信区: DC
标  题: 栓焊钢桁梁的模型简化及其计算
发信站: BBS 水木清华站 (Wed May 24 16:44:20 2000)

摘　要：根据栓焊钢桁梁的结构特点，提出结构模型的简化计算图式的处理方法。采用
SAP5计算程序，对某架桥导梁实例计算，其计算结果与实测结果相符。
关键词：栓焊钢桁梁；模型简化；计算
中图分类号：U443.32　　　文献标识码：A
Model Simplification and Calculation of Welded Steel Truss Beam
HAO Xian-wu1， GUO Mei1，SHI Yong2
（1.College of Highway Engineering, Xi′an Highway University, Xi′an 710064
, China;
2.Dongmeng Company,The 2nd Highway Engineering Bureau of MOC, Xi′an 710061,
 China）
Abstract: According to feature of bolted and welded steel truss beam, the re
asonable model simplified and calculating method is presented. A guiding bea
m as an example is calculated by program of SAP5,both the calculating and pr
actical results are coincide.
Key words: bolted and welded steel truss beam; model simplification; calcula
ting
　　随着机械化施工技术在桥梁施工中的广泛应用，各种定型生产的刚架片(如贝雷片、
64式桁架片等)经常被施工单位拼装成架桥导梁［1］、门架、塔架［2］等。有时还用作
现浇梁桥的支架。这些结构在施工荷载作用下，其结构的强度和刚度是否满足要求，直
接影响桥梁结构的施工质量。有时会导致桥梁在施工过程中桥梁的垮塌及人员的伤亡。
本人在近几年的工程实际接触中，发现在桥梁施工过程中，对上述结构的设计计算结果
与实际使用情况误差较大，尤其是桥梁结构的计算变形远小于实际变形值。造成施工难
以控制。经对其进行认真分析，发现主要是由于计算简化图式选取与实际结构相差较远
。因此，本文对栓焊钢桁梁经过详细分析，结合内力及变形计算所采用的SAP5结构分析
程序的特点，提出栓焊钢桁梁的计算图式的处理方法。为了证明该方法的精确性，对某
64式桁片拼装的导梁进行实测计算，并与实测位移进行了对比，表明该方法可供设计参
考。
1　计算模型建立
　　图1所示标准64式三角刚架片，拼接导梁是在A、B、C栓孔处通过销栓连接。当导梁
受到横向中载时，可将其简化为平面刚架片。其中三角片内各杆件由于焊接连接，其结
点处可按刚结点处理。因横向杆件对称，抗弯刚度等几何性质即为相应单杆的几何性质
的叠加。而A、B、C处因栓接连接，在整体结构受力后，栓接处可以转动，不能视为刚接
，故在A、B、C处应视为铰接。此外，在三角刚架片内，节点A、B、C处的相邻杆焊接连
接，不会产生相对转角。为了使计算图式符合上述实际情况，在结点A、B、C处增加短梁
，其短梁长度按具体构件在结点A、B、C处连接钢板的刚度及长度而定。由上分析，图1
所示刚架片的计算模型如图2所示。
图1　标准64式三角刚加片(单位：cm)
图2　简化计算模型
2　短梁与程序实施
　　图2节点处短梁AA′、BB′、CC′从结构本身(图1所示)来看，栓孔并非在两杆中线
处，另外刚度稍大于两相邻杆件的刚度。为此，在简化计算时，首先要按整体情况，保
证几何位置不变。确定相应短梁长度。然后从杆件对中要求下，等效其抗弯刚度。
　　众所周知，在SAP5程序中，对于图3所示结构，在结点j处利用单元信息处理时，在
单元①、②的节点j通过端点松驰，程序计算自动释放弯矩，实现了j节点铰接的实际情
况。
图3　铰接梁单元
　　通过上述处理，就完成了拼装导梁在图1所示结构A、B、C处铰接。而不改变该处相
邻杆件刚接的性质，达到计算结果较为精确的目的。
3　实例计算与分析
3.1　计算基本资料
　　某架桥双导梁，由图1所示刚架片拼装而成，单导梁总长118 m。由18节双层4排、4
节单层4排和7节单层双排的标准三角与一节端构件拼成。按前述原理将其简化为平面刚
桁架进行计算，计算结构简图如图4所示。
图4　导梁结构示意图
　　按图4所示的计算简图共划分梁单元727个，杆单元13个，边界5个，节点总数432。
单元划分及结点编码示意图略。
　　计算按2种工作状态考虑，即空载导梁前移时和承重架设状态。
　　当空载导梁前移时，结构承受的荷载除自重外，还承受行梁导轨及钢枕的分布荷载
和后卷扬机自重荷载及行梁空载位于后端。按其移至最大悬臂时进行计算，下述为工况
6。
　　当承受荷重架设时，结构除承受上述荷载外，还承受行梁自重产生的轮重及起吊预
制梁产生的轮重。共分5种工况进行计算。
　　荷载量值及各部分荷载作用范围、作用方式列于表1。
表1　导梁承受荷载情况表
序号 荷　载　项　目
 量值 作用范围/m 作用方法
1 行梁导轨及钢枕分布自重w1／kN.m－1 2.374 0～66  均布于水平上弦杆
2 双层4排导梁分布自重w2／kN.m－1 10.545 0～72 均布于上、下水平弦杆
3 单层4排导梁分布自重w3／kN.m－1 7.211 72～88 均布于水平下弦杆
4 单层双排导梁分布自重w4／kN.m－1 5.308 88～116 均布于水平下弦杆
5 单个行梁自重产生的轮重p1/kN 52.0 承重段 节点集中力
6 起吊预制梁产生的轮重p2／kN 200.0 承重段 节点集中力
7 后卷扬机自重p3／kN 30.0 端部 节点集中力

　　按上表所列荷载情况，前述6种工况分别由下述方式组合：
　　工况1：由表列荷载①+②+③+④+⑦组合；
　　工况2：由第1行梁持重到架设孔跨中，第2行梁空载位于后端部，仅考虑荷载⑤及⑥
；
　　工况3：第1、2行梁均持重到位，不考虑工况1中已考虑的自重，仅考虑荷载⑤和⑥
；
　　工况4：工况1和工况2的荷载组合；
　　工况5：工况1和工况3的荷载组合；
　　工况6：导梁前移到最大悬臂，2行梁空载位于后端。
　　计算中取用材料参数分别为：弹性模量E=2.1×105 MPa，泊松比μ=0.252，容重γ
=7.8 kN/m3。
　　几何参数为各杆件的惯性矩、截面积、剪切面积等。数据较多，限于篇幅，在此省
略。
3.2　计算结果及分析
　　对于所有构件各杆内力、应力及位移计算后经过整理，找出最大位移和应力以及发
生的位置列于表2、表3。
表2　最大位移及其位置
工况 工况1 工况2 工况3 工况4 工况5 工况6
竖向位移/m 0.044 0.070 0.016 0.103 0.045 0.906
部位 前导段跨中 承重段跨中 后支座附近 承重段跨中 承重段跨中 悬臂端

表3　最大应力及位置
工　况 工况4 工况5 工况6
σmax/MPa 169.1 227.5 211.6
部　位 跨中 后支座附近 悬臂端根部
注：工况1、2、3所有应力较小，未示出。
　　由上述计算结果可见，工况4时最大正应力发生在承重段跨中附近，符合梁弯曲时的
应力情况，而工况5时，最大应力发生在支座附近，是由于持重到位时，行梁轮重在支座
附近相邻两销接处，有相对错动位移而致。
　　各结点位移是符合实际情况变化规律的，为了验算正确性，对该导梁在实际使用中
，进行了最大悬臂时，悬臂端位移观测。同时本文对某计算资料(未正式发表)的贝雷导
梁的计算结果与实测值也列于表4。
表4　导梁悬臂端计算与实测位移对照表
导梁 本文计算导梁 某资料导梁
计算值 实测值 计算值 实测值
竖向位移/m 0.906 1.123 0.684 1.035

4　结　语
　　通过上述对导梁计算及结果分析，得出如下结论。
　　(1)对于栓焊结构，模型简化时，栓接部位若按刚接或者刚结点按铰接处理，其计算
结果不会出现工况5所得的最大应力发生在后支座附近的结果，这样容易忽略这一不利情
况。造成使用中难以控制。
　　(2)从计算位移的对照表可见，本文所计算的结果与实测结果接近。表明对结构的模
型简化图式符合实际情况。
　　(3)本文所提出的计算模型简化及处理方法，是针对栓焊结构的，不局限于导梁，只
要拼装结构的构件的情况类似，均可采用上述方法进行简化计算。
作者简介：郝宪武(1962-)，男，陕西绥德人，西安公路交通大学副教授，硕士文章编号
：1007-4112(1999)04-0055-03
作者单位：郝宪武　郭　梅　西安公路交通大学　公路工程学院，陕西　西安　710064

　　　　　石　勇　交通部第二公路工程局东盟公司，陕西　西安　710061
参考文献：
［1］　张勤龙，于化金.卡洛多瓦河公路桥的施工［J］.桥梁建设，1998，(3).
［2］　姜中祖，钟敬钧，李中民.番禺大桥主塔施工技术［J］.桥梁建设，1998，(2).

［3］　杨炳成，陈偕民，郝宪武.结构有限元素法［M］.西安：西北大学出版社，1995
.
［4］　郭天德，杨　平，等.SAP-5的使用方法及算例分析［M］.西安：陕西机械学院，
1984.
［责任编辑　孙守增］
收稿日期：1999-02-25
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梧桐身旁的浮云里 飘出一弯朦胧的月亮    *        *
清清淡淡的月光 静静地飘落在我身旁         ●
   ahuang
在寂寞的晚上 我就是一只音乐虫子      ^^   *
飞呀飞呀找不到爱发源的地方... ...
                                          ●


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