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1、鉸接和剛接模型對鋼桁梁設(shè)計(jì)的影響張景橋蘭巍申昊（中交鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司北京100088）摘要：鋼桁梁結(jié)構(gòu)具有跨度大、承載能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)輕巧簡潔等特點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于工程項(xiàng)目中。目前在設(shè)計(jì)時通常采用簡化的計(jì)算方法，一般均假定桁架結(jié)構(gòu)為鉸接，進(jìn)而計(jì)算桁架桿件的軸向應(yīng)力。事實(shí)上上述假定同實(shí)際情況并不完全相符，節(jié)點(diǎn)不是理想的鉸。本文對鉸接和剛接兩種模型進(jìn)行比較分析，并通過實(shí)例驗(yàn)證，闡述了鉸接和剛接模型對鋼桁梁設(shè)計(jì)的影響，以供工程技術(shù)人員借鑒。關(guān)鍵詞：鋼桁梁鉸接剛接分析AffectionofHingedandConsolidationModel
2、sintheDesignofSteelTrussKeyword:Steeltruss;Hinged;Consolidation;AnalysisAbstract:Thesteeltrussfeatureslargespan,highbearingcapacity,lightandforthrightstructure.Atpresent,designersusuallyadoptsimplifiedcomputationmethod.Generallyassumedtrussstructuresarehingedmodels,andt
3、hencalculatethetrussaxialstress.Infact,thenodeisnotaidealhinge.Thispaperanalyzeshingedandconsolidationmodelsinthedesignofsteeltruss.Atlast,thepaperattemptstouseasimplifiedmethodtocalculatethedifferencebetweenhingedandconsolidationmodels.1引言在鋼桁梁計(jì)算中，一般均假定桁架結(jié)構(gòu)為鉸接，進(jìn)而計(jì)算桁架桿件的
4、軸向應(yīng)力。事實(shí)上，上述假定同實(shí)際情況并不相符，節(jié)點(diǎn)不是理想的鉸，結(jié)構(gòu)中是不允許有任何變形的，各桿的初彎矩；各桿件的重心軸并不全部交匯于一點(diǎn)，而在節(jié)點(diǎn)處存在著偏心；桿件自重等荷載的存在等，都將導(dǎo)致桁架結(jié)構(gòu)不僅只有軸力，還將產(chǎn)生附加力。本文結(jié)合甘泉線跨京藏高速64m單線鐵路下承式道碴橋面鋼桁梁橋，對該橋建立空間有限元鉸接模型和剛接模型進(jìn)行計(jì)算比較，對鉸接模型和剛接模型在鋼桁梁設(shè)計(jì)中的影響進(jìn)行有益的探討。2對內(nèi)力的影響結(jié)合該橋設(shè)計(jì)，分別建立桁架單元和梁單元模型，對該橋做有限元整體結(jié)構(gòu)分析，計(jì)算主力組合荷載下該橋各桿件內(nèi)力，并進(jìn)行比較，探討次
5、應(yīng)力對桿件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響。該鋼桁梁橋全長65.1m，計(jì)算跨度64.0m，主桁中心距7.6m，節(jié)間長8.0m，桁高11.5m。主桁上、下弦桿截面形式均為口字形，斜桿截面形式為口字形和H形。主桁節(jié)點(diǎn)采用整節(jié)點(diǎn)形式。主桁上、下弦桿內(nèi)寬為500mm，豎板高度分別為540和520mm。橋面系縱、橫梁截面均為工形斷面，梁高分別為990mm和1270mm。上、下平縱聯(lián)的斜桿及支桿截面均為工形斷面，采用交叉式。鋼梁的主桁、橋面系、聯(lián)結(jié)系均采用Q345qE級鋼。該橋結(jié)構(gòu)模型見圖1。圖1結(jié)構(gòu)模型簡圖2.1對主桁架的影響主桁架它是主要的承重結(jié)構(gòu)。其作用是承
6、受豎向荷載，將荷載通過支座傳給墩臺。兩種模型在主力組合的作用下，主桁架的內(nèi)力比較如表1：表1兩種模型主桁內(nèi)力計(jì)算結(jié)果單位：位置鉸接模型最大軸力剛接模型最大軸力軸力最大相差值最大誤差剛接模型最大剪力最大扭矩最大彎矩下弦桿6504.55243.31261.123.90%26.95.6173.2斜桿-3265.1-3262.251.10.20%21.143.1246.3豎桿1335.41294.840.63.00%33.80283.1上弦桿-3970.5-3960.99.50.20%19.712.1136.7由表1可以得出主桁架在主力作用下
7、，斜桿、豎桿、上弦桿軸力誤差小于等于3%，這主要是由于斜桿、豎桿采用工字截面，并采用整體節(jié)點(diǎn)板，斜桿、豎桿、上弦桿受力較小，所以由于彎矩產(chǎn)生的次應(yīng)力較小，兩種模型對結(jié)構(gòu)計(jì)算的結(jié)果影響很小。但在鉸接模型與剛接模型中，下弦桿軸力最大相差23.9%，位置在跨中處。這主要是由于下弦桿截面較高，桿的截面剛度大，所在跨中位置內(nèi)力較大。剛接模型空間整體性要好于鉸接模型，能使各桿件都能充分的參與工作，因此雖然存在彎矩次應(yīng)力，但是鉸接模型計(jì)算出來的內(nèi)力仍然大于剛接模型?？紤]到剛接模型還有剪力、彎矩、扭矩等的影響，在計(jì)算中采用鉸接模型進(jìn)行設(shè)計(jì)是符合要求的
8、。2.2對上平聯(lián)的影響兩種模型在主力組合的作用下，上平聯(lián)的內(nèi)力比較如表2：表2兩種模型上平聯(lián)內(nèi)力表單位：鉸接模型最大軸力剛接模型最大軸力軸力最大相差值最大誤差剛接模型最大剪力最大扭矩最大彎矩923.1914.534.67
