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1、器橋梁工程BridgeEngineering鋼管拱橋吊桿與拱肋節(jié)點的疲勞應(yīng)力分析裘新谷1，陳階亮2，章燃靈2(1．杭州市建設(shè)委員會，浙江杭州310012；2．杭州市七格污水廠工程建設(shè)指揮部，浙江杭州310005)摘要：通過有限元分析的方法計算某鋼管拱橋190m跨衍架鋼錨箱在各種工況下局部應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)力幅，以確保吊桿與拱肋節(jié)點的安全。關(guān)鍵詞：橋梁；鋼管拱；吊桿；節(jié)點；疲勞應(yīng)力中圖分類號：U448．22文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號：1009—7767(2010)04-0058-03FatigueStressAnalysisoftheNodeofS
2、teeveandArchRibonaSteelTubeArchBridgeQiuXingu，ChenJieliang，ZhangRanling某鋼管拱橋190m大跨拱肋采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，拱肋拱軸線形為二次拋物線。矢跨比為1／4。其斷面形式為桁架，高4．5n1．寬2．6m，由4根0950mill的鋼管通過腹桿和上下平聯(lián)組成。拱肋中心距為29．4m，鋼材采用Q345C?？v向4根鋼管的壁厚自拱腳起在鋼管四分點以下為24mm。以上為22mm：腹桿采用0400mmX14舢的鋼管；上下平聯(lián)水平向間距為2．0m，采用繆500mmxl0mm的鋼管。拱
3、橋通過吊桿將橋面系荷載傳到拱肋，再由拱肋傳到橋墩，因此，吊桿是主要受力構(gòu)件。吊桿縱橋向間距為8m，橫橋向中心距為29．4m，由強度為l670MPa的高強度鍍鋅鋼絲外包PE套制成，為工廠生產(chǎn)的成品索，現(xiàn)場安裝。上層吊桿規(guī)格為2x5507mm，下層吊桿為2x8507mm，均采用可換式雙吊桿，雙吊桿在拱肋上呈“十”字形布置，考慮在拱肋錨固點位置受力復(fù)雜，采用錨箱方案。下層吊桿縱橋向布置，上層吊桿橫橋向布置。上層吊桿錨具采用OVMDS(K)7—55，冷鑄錨。吊桿結(jié)構(gòu)見圖1。1荷載及荷載組合結(jié)構(gòu)疲勞計算按下式進(jìn)行：Atr一<【△o-]。(1)式(
4、1)中：,,to-為焊接部位的應(yīng)力幅；【△卅為容許應(yīng)力幅?！鞫?盯。一口血，(2)式(2)中：盯。為焊接部位的最大應(yīng)力；盯凼為焊接部位的最小應(yīng)力。為了得到應(yīng)力幅．需要對鋼錨箱進(jìn)行不同荷載組58辛葒救求一盯2010No．4(Jul．)V01．28圖1190m跨吊桿結(jié)構(gòu)圖合的計算。計算連接部位的局部應(yīng)力時考慮了拱肋的軸向壓力和上下層吊桿的軸向拉力2種荷載，進(jìn)行了以下幾種荷載組合：1)最大的拱肋壓力+最大的吊桿拉力；2)最大的拱肋壓力+最小的吊桿拉力；3)最小的拱肋壓力+最大的吊桿拉力：4)最小的拱肋壓力+最小的吊桿拉力。根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)分析，其
5、中：最大的拱肋壓力J7、r上,。--42890kN，Ⅳ下。=37650kN；最小的拱肋壓力Ⅳ上R=22130kN，Ⅳ下min----"16020kN；最大的吊桿拉力Ⅳ上。=1506kN，Ⅳ下。=2083kN；最小的吊桿拉力Ⅳt曲=946kN，ⅣTnla----"l596kN。2分析方法采用通用的有限元計算程序?qū)︿撳^箱進(jìn)行應(yīng)力計算分析。建立有限元模型時取鋼錨箱左右各1個節(jié)間的范圍。由于結(jié)構(gòu)關(guān)于下層吊桿平面對稱，因此建模時只取該對稱面的一半結(jié)構(gòu)。計算時假定鋼錨箱內(nèi)的混凝土與鋼錨箱的鋼板在接觸面上緊密接觸．不產(chǎn)生滑動和分離．根據(jù)這一假定在建立
6、模型時鋼錨箱內(nèi)部的鋼板可以保守地用混凝土代替。得到結(jié)構(gòu)的實體模型見圖2。圖2結(jié)構(gòu)實體模型計算時材料取用下列參數(shù)：鋼材彈性模量為2．1×10skN／m2,泊松比為03；混凝土彈性模量為3．5x107kN／m2，泊松比為0．1667。位移邊界條件的模擬：左端拱肋全部固結(jié)。右端拱肋沿拱肋軸向方向自由移動。其他方向約束。荷載作用方式：拱肋軸力和吊桿拉力以均布面荷載的形式作用于結(jié)構(gòu)上。3各荷載組合下疲勞應(yīng)力分析1)最大的拱肋壓力+最大的吊桿拉力圖3給出了整個結(jié)構(gòu)和鋼管沿管軸向方向的應(yīng)力．從圖3中可看出鋼管全部處于受壓狀態(tài)，最大壓應(yīng)力為192MPa
7、。圖4給出了鋼錨箱外側(cè)鋼板的應(yīng)力分布圖。2)最大的拱肋壓力+最小的吊桿拉力圖5給出了整個結(jié)構(gòu)和鋼管沿管軸向方向的應(yīng)力，圖6給出了鋼錨箱外側(cè)鋼板的應(yīng)力分布圖。3)最小的拱肋壓力+最大的吊桿拉力圖7給出了整個結(jié)構(gòu)和鋼管沿管軸向方向的應(yīng)力，圖8給出了鋼錨箱外側(cè)鋼板的應(yīng)力分布圖。橋梁工程韶BridgeEngineering圖3組合l作用下整個結(jié)構(gòu)和鋼管沿管軸向方向的應(yīng)力(xlO’3MPa)圖4組合1作用下鋼錨箱外側(cè)鋼板的應(yīng)力分布圖(×l曠MPa)圖5組合2作用下整個結(jié)構(gòu)和鋼管沿管軸向方向的應(yīng)力(×l曠MPa)圖6組合2作用下鋼錨箱外側(cè)鋼板的應(yīng)力
8、分布圖(×10-3MPa)2010第4期(7一)第28拳，爭葒投毒川盯59器橋梁工程BridgeEngineering圖7組合3作用下整個結(jié)構(gòu)和鋼管沿管軸向方向的應(yīng)力(×10-3MPa)圖8組合3作用下鋼錨
