大跨度斜拉橋箱桁組合截面應(yīng)力分布研究

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1、6O世界橋梁2014，42(1)大跨度斜拉橋箱桁組合截面應(yīng)力分布研究鄭清剛。張燕飛，趙廷衡(中鐵大橋勘測設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢430050)摘要：為研究斜拉橋箱桁組合截面主梁縱向應(yīng)力在橫向分布的不均勻性，以及箱桁組合后截面形心下移引起截面應(yīng)力分布的改變，以滬通鐵路長江大橋4線鐵路方案為背景，采用精細(xì)化有限元分析的方法，對簡單荷載工況作用下主梁縱向應(yīng)力在橋面橫向的分布形式，及沿縱向的變化規(guī)律開展研究，分析了剪力滯后、形心偏移等因素對主梁縱向應(yīng)力的影響。結(jié)果表明：下弦鋼箱除將列車荷載傳遞給主桁外，也與主桁一起參與結(jié)構(gòu)受力；下弦鋼箱底板應(yīng)力均勻程度較好，頂板橫向自弦桿外緣向兩側(cè)4In范

2、圍應(yīng)力變化較大。關(guān)鍵詞：斜拉橋；箱桁組合截面；剪力滯；軸力；應(yīng)力；應(yīng)力不均勻系數(shù)中圖分類號：U448．27文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1671—7767(2014)01—0060—061前言差很大。研究以上兩因素對截面應(yīng)力分布的影響，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和交通運(yùn)輸日益頻繁，跨越大江對于合理設(shè)計(jì)主梁截面具有重要的意義，國內(nèi)、外雖大河的橋梁結(jié)構(gòu)正向更大跨度發(fā)展，高速列車運(yùn)營然對此做了一些理論研究l_5]，但問題尚未明確對橋梁主梁的豎向剛度、橫向剛度、抗扭剛度都提出解決。了更高要求。大跨度斜拉橋的主梁形式也由傳統(tǒng)的為了研究大跨度斜拉橋箱桁組合截面應(yīng)力分布鋼箱梁、鋼桁梁向更為復(fù)雜的組合截面形式演規(guī)律，本文

3、以擬建的滬通鐵路長江大橋4線鐵路方變l1]。鋼箱與鋼桁組合的箱桁組合截面是一種適案為背景，采用精細(xì)化有限元分析的方法，對簡單荷用于大跨度斜拉橋、適合承擔(dān)多線鐵路荷載、能夠滿載工況作用下主梁縱向應(yīng)力在橋面橫向的分布形足高速列車運(yùn)行舒適度和安全性要求的新型主梁截式，及沿縱向的變化規(guī)律開展研究，分析剪力滯后、面形式“。形心偏移等因素對主梁縱向應(yīng)力的影響。箱桁組合截面形式的主梁內(nèi)力通過桁架分配給腹桿和下弦桿，下弦鋼箱中部應(yīng)力是由下弦箱頂、2橋梁概況底板纖維之間的剪切作用傳遞的，由于剪力滯后，同擬建的滬通鐵路長江大橋主橋?yàn)樾崩瓨颍骺缫唤孛嫖恢锰幍目v向應(yīng)力在橫向是不均勻的，這種1092m(見圖1

4、)，工程可行性研究過程中對單建鐵不均勻性在縱向也是變化的。此外，由于鋼桁和鋼路橋梁方案、公鐵合建橋梁方案進(jìn)行了深入研究，本箱組合后截面形心下移，使鋼箱頂、底面到形心的距文研究單建鐵路橋梁方案。離同步減小，距離比則增大，由此得出的彎曲應(yīng)力相單建鐵路橋梁方案主梁采用下承式箱桁組合梁圖1滬通鐵路長江大橋單建鐵路方案立面收稿日期：2013—11—12作者簡介：鄭清剛(198O一)，男，工程師，2002年畢業(yè)于西南交通大學(xué)土木工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，2007年畢業(yè)于西南交通大學(xué)橋梁與隧道工程專業(yè)，工學(xué)碩士(Email：zhengqg@brdi．corn．on)。大跨度斜拉橋箱桁組合截面應(yīng)力分布研究鄭

5、清剛，張燕飛，趙廷衡61一00_【一(見圖2)，橫向?qū)?8m，桁高16．5m，節(jié)間卜距_14m牟?！瘛瘛恢麒旒苌舷以O(shè)K撐作平聯(lián)，每一節(jié)點(diǎn)設(shè)置1道橫聯(lián)。橫聯(lián)采用桁架形式，桁高5．6II1，橫聯(lián)跨中設(shè)吊桿與下弦箱梁相連。主桁架下弦桿之間設(shè)置鋼箱支承4線鐵路(2線普通鐵路、2線客運(yùn)專線)荷載。鋼箱有效地增大了主梁截面面積，在承擔(dān)橋面荷載的同時參與主桁下弦縱向受力，對于主梁需要承受巨圖3主梁節(jié)段模型大壓力的大跨度斜拉橋，該截面布置經(jīng)濟(jì)合理。選取軸力狀態(tài)、跨中受彎狀態(tài)、塔根受彎狀態(tài)對主梁節(jié)段進(jìn)行空間計(jì)算，考察截面縱向應(yīng)力在橫向950900950的不均勻分布以及在縱向的變化規(guī)律。各典型受力’?！禝

6、IIIII狀態(tài)的受力特點(diǎn)分析如下：(1)軸向力狀態(tài)?？疾燧S向力作用下，由于剪力滯的影響，弦桿范圍應(yīng)力高于橋面部分應(yīng)力。＼一／，一一、，一一、、、(2)跨中受彎狀態(tài)。彎矩作用在下弦組合截面一一、，、／客＼／客＼／普Y普、、!通：通1上時，跨中梁段不僅承受縱向力，還產(chǎn)生局部彎曲，f／霉Y＼、、；鐵鐵；線線；—I路!路：由于截面形心靠近下弦(距下弦中心僅為3．4m)，I^I^、．一．．、、．一，鋼箱底板彎曲應(yīng)力大于頂板。．，～?：／f(3)塔根受彎狀態(tài)。塔根梁段和跨中梁段彎矩___?Vu：㈧，形式不同，鋼箱底板彎曲應(yīng)力大于頂板。由于節(jié)點(diǎn)單位：cm力的影響，跨中受彎和塔根受彎狀態(tài)在節(jié)點(diǎn)前后截圖

7、2箱桁組合截面面縱向應(yīng)力有較大變化。3計(jì)算模型4計(jì)算結(jié)果該計(jì)算旨在研究下弦鋼箱在活載作用下縱向應(yīng)4．1軸向力狀態(tài)力沿縱、橫向的分布和變化規(guī)律，不是計(jì)算結(jié)構(gòu)的實(shí)建立8節(jié)段模型，右端約束，左端上弦節(jié)點(diǎn)作用際應(yīng)力，因此，計(jì)算不采用實(shí)際的恒活載數(shù)值，而是1對斜拉力模擬索力，下弦作用1對豎向力，平衡豎選擇幾個典型的受力狀態(tài)，通過考察不同位置截面向力，使得梁段只受軸向力作用。為了查看不同位應(yīng)力的不均勻分布特點(diǎn)，得到具有廣泛適用性的一置處頂、底板應(yīng)力在橫向的