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1、第33卷，第5期中國鐵道科學(xué)V01．33No．52012年9月CHINARAILWAYSCIENCESeptember，2012文章編號：1001—4632(2012)05一o008一07考慮整體節(jié)點剛域影響的鋼桁梁橋空間受力計算分析黃永輝1，王榮輝2，饒瑞1(1．廣州大學(xué)廣州大學(xué)一淡江大學(xué)工程結(jié)構(gòu)災(zāi)害與控制聯(lián)合研究中心，廣東廣州510006；2．華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院，廣東廣州510640)摘要：現(xiàn)代鋼桁梁橋中大量采用整體節(jié)點技術(shù)。在建立全橋有限元計算模型時，其節(jié)點剛域的處理關(guān)系到計算結(jié)果
2、的準(zhǔn)確性。以東莞東江大橋為工程背景，采用帶剛臂梁單元模擬鋼桁梁橋整體節(jié)點板的剛度增強作用，建立全橋計算模型進(jìn)行受力分析。該橋的有限元計算結(jié)果與動靜載試驗結(jié)果的對比表明：節(jié)點剛域?qū)蛄航Y(jié)構(gòu)受力性能的影響不可忽略，不考慮節(jié)點剛域的影響時，橋梁中主桁和邊主桁的撓度實測值與計算值的誤差高達(dá)30％；采用剛臂梁單元考慮節(jié)點剛域影響后，誤差減小約50％，而且上下弦桿以及加勁弦的應(yīng)力計算結(jié)果與實測結(jié)果更吻合，模態(tài)頻率的計算結(jié)果與實測結(jié)果的誤差也不超過5％，計算精度顯著提高。關(guān)鍵詞：鋼桁梁橋；整體節(jié)點；剛域；剛臂
3、；有限元模型；受力性能中圖分類號：U448．14；U448．211文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10．3969／j．issn-1001—4632．2012．05．02隨著我國鋼產(chǎn)量的提高和鋼橋建造技術(shù)的發(fā)過模型試驗發(fā)現(xiàn)，由于節(jié)點剛性的影響，彎矩引起展，目前大跨度橋梁有向鋼橋發(fā)展的趨勢[1{]。然的次應(yīng)力可達(dá)到總應(yīng)力的30％左右。文獻(xiàn)[9]通而對于鋼橋特別是采用整體節(jié)點的鋼桁梁橋，在采過試驗研究了冷彎型鋼桁架節(jié)點剛度的計算方法，用空間梁單元建立有限單元模型時，往往會遇到這并提出了桁架節(jié)點轉(zhuǎn)動剛度的理論計算
4、模型，但其樣的問題：節(jié)點附近的桿件段常常與剛性很大的節(jié)研究的為螺栓連接節(jié)點，與鋼橋中的整體節(jié)點有所點塊聯(lián)在一起，如圖l所示，這時桿件的剛度只能區(qū)別。文獻(xiàn)[10]建議采用建立全橋板殼單元模型是指節(jié)點剛性塊以外的部分[3]，如果把桿件的長度分析鋼桁梁橋，其可以考慮節(jié)點剛域的影響，但該計算為節(jié)點之間的距離，勢必會把桿件的剛度算得方法建模工作量大，計算時間長，且后處理復(fù)雜。太小。設(shè)計規(guī)范并沒有給出考慮節(jié)點剛域影響的計算方法，這在設(shè)計計算時將帶來一定的誤差。我國《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[4]規(guī)定，主桁桿
5、件截面高度與節(jié)長之比在連續(xù)桁梁中不大于1／15，簡支桁梁中不大于1／lo時，可不考慮節(jié)點剛性的影響。但實際情況并非如此，文獻(xiàn)[5]的研究結(jié)果表明：圖1整體節(jié)點示意圖多座鋼桁梁橋?qū)崪y撓度比計算撓度小15％至30％，其中一個原因就是復(fù)雜節(jié)點剛域的影響，但其沒有綜合國內(nèi)外研究可知，目前處理節(jié)點剛域問題給出考慮節(jié)點剛域影響的計算方法。歐洲規(guī)范的方法主要有3種：①主從節(jié)點自由度法[1u；②(Eurocode3)[6]也僅僅給出了鉸接節(jié)點，剛性節(jié)點剛性材料法[121，即在節(jié)點處采用細(xì)化單元和節(jié)點和半剛性節(jié)點
6、的處理方式，而沒有給出整體節(jié)點剛的方法，用大剛度的單元代替節(jié)點板；③帶剛臂的域的處理方法。文獻(xiàn)[7]采用空間梁單元，將整空間梁單元法[13
7、。第1種方法視強制主節(jié)點和從體節(jié)點模擬成鉸接和剛接2種情況，分析比較了節(jié)節(jié)點的相應(yīng)自由度完全相同，節(jié)點區(qū)域為剛性體，點剛度對鋼桁梁橋受力的影響，認(rèn)為兩者差別很這就排除了其所模擬“剛性體”發(fā)生轉(zhuǎn)動的可能，過高的估計了節(jié)點的剛度。另外，該方法還需要細(xì)大，整體節(jié)點剛度的影響不可忽略。文獻(xiàn)[8]通收稿日期：2011一08—25；修訂日期：2012一07一05基金項目
8、：國家自然科學(xué)基金資助項目(51208123，51208229)；廣東省科技計劃國際合作項目(20098050200015)作者簡介：黃永輝(1982一)，男，湖南株洲人，助理研究員，博士。第5期考慮整體節(jié)點剛域影響的鋼桁梁橋空間受力計算分析化節(jié)點，建模稍顯復(fù)雜。第2種方法的建模工作量“n“l(fā)大，計算時間長且容易出錯。第3種方法更為簡便％讓實用，其將節(jié)點區(qū)域中剛度較大的部分等效為剛臂t％zu挽一，最一處理，不僅可以考慮節(jié)點剛域的影響，而且建模簡紅釓單。文獻(xiàn)[13]采用帶剛臂梁單元處理了斜拉橋建釓
9、以模計算中斜拉索與主梁和主塔錨固端不交于同一點鉈以的問題。但目前國內(nèi)外研究尚無采用帶剛臂梁單元式中：最和占i分別為n節(jié)點和i節(jié)點的位移向量；計算鋼桁梁橋整體節(jié)點剛度影響的實例。D口為口節(jié)點和i節(jié)點的位移轉(zhuǎn)換矩陣。本文以東江大橋為工程背景，采用帶剛臂梁單若記單元節(jié)點位移向量為6。，轉(zhuǎn)換到主節(jié)點i元模擬整體節(jié)點板的剛度增強作用，考慮整體節(jié)點和歹上的單元節(jié)點位移向量為否。，則有剛域影響對鋼桁梁橋空間受力進(jìn)行計算分析。c2，挽一(耋1；fD口j三1f妻1=廊。整體節(jié)點剛域的處理式中：D為單元位移轉(zhuǎn)換矩陣
