懸挑式框架橋的有限元分析

劉亞瓊

懸挑式框架橋的有限元分析

劉亞瓊

結合 16m框架橋的工程實例,通過 Midas有限元軟件建模分析,介紹了框架橋實際工程的模型建立、邊界條件、荷載計算及組合方法,對框架橋的結構設計有一定指導意義。

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本橋結構形式為 16m框架橋;既有線與新建道路中心線交角為 90°,框架橋按正交進行設計?？蚣軜蝽敯屙斆婢噼F路鋼軌底面為 60mm,結構總高度 8.6m,結構凈高 7.5m,頂板厚 1m,底板厚 1.1m,邊墻厚為 1m,頂板加腋均采用 0.5m×1.5m,底板加腋均采用 0.2m×0.2m,框架橋主體全長為 13m,頂板兩邊分別懸挑 1m,1.5m。全橋采用C35混凝土。

1 主要設計荷載

1)結構自重：混凝土的容重取 26 kN/m3。2)橋面二期恒載：

橋面二期恒載集度為G1=21.42 kN/m2。

懸挑部分考慮電纜槽、欄桿扶手重,荷載集度為G2=9 kN/m。3)水平土壓力：

主動土壓力系數按以下公式計算：

4)列車活載：鐵路列車豎向靜活載“中—活載”。在 Midas模型中設車道,使用移動荷載進行計算。

5)人群活載：在 Midas模型中設人行道,使用移動荷載加載。

6)汽車活載：在 Midas模型中設車道,使用移動荷載加載。

7)降溫 15℃：將結構的頂板、邊墻整體降溫 15℃來近似模擬混凝土收縮徐變效應。

8)制動力：根據規范進行計算。

9)沖擊力：根據規范進行計算：

2 計算模型(三維模型)

考慮到框架橋兩側懸挑,為了分析的全面性,按照設計尺寸對框架橋建立空間分析模型,沿橫向、縱向取 0.5m,1m劃分單元,節點共計 1 481個,單元共計 1 208個?；A對底板的約束采用土彈簧進行模擬。

3 邊界約束

基礎對底板的約束用土彈簧來模擬,豎向地基系數 C0=m0l,m0為豎向地基系數隨深度增加的比例系數;l為入土深度,根據C0來確定彈簧剛度系數。

4 荷載工況與組合

1)靜力荷載工況見表 1。

表1 靜力荷載工況

2)移動荷載工況見表 2。

表2 移動荷載工況

3)荷載組合見表 3。

表3 荷載組合

5 計算結果

按照上述對結構進行計算分析,考慮移動荷載作用下框架橋各控制截面的內力如下。

5.1 頂板控制截面

1)頂板上緣(邊墻處)。頂板上緣控制截面位于頂板與邊墻交接處。恒載 Mmin=-920 kNm,Fmin=-144.6 kN;活載 Mmax=28.2 kN m,Fmax=25.7 kN;Mmin=-553 kN m,Fmin=-110 kN。

2)頂板下緣(跨中)。頂板下緣控制截面位于框架跨中頂板處。恒載 Mmax=923.65 kNm,Fmax=-68.9 kN;活載 Mmax=504 kN m,Fmax=4.7 kN;Mmin=-0.6 kN m,Fmin=-56.4 kN。

5.2 底板控制截面

1)底板下緣(邊墻處)。底板下緣控制截面位于底板與邊墻交接處。恒載 Mmin=-581.9 kNm,Fmin=-161 kN;活載Mmax=

74.6 kN m,Fmax=52.8 kN;Mmin=-189.9 kN m,Fmin=-24 kN。2)底板上緣(跨中)。底板上緣控制截面位于底板框架跨中。恒載 Mmax=434.5 kNm,Fmax=-271.3 kN;活載 Mmax=232.7 kN m,

Fmax=65 kN;Mmin=-24.6 kN m,Fmin=-9 kN。

5.3 邊墻控制截面

1)邊墻外側(頂板處)。邊墻外側控制截面一位于底板與邊墻交接處。恒載 Mmin=-971.6 kNm,Fmin=-742.8 kN;活載Mmax=28.6 kN m,Fmax=225.6 kN;Mmin=-537.9 kN m,Fmin=-468.3 kN。

2)邊墻內側(邊墻中部)。邊墻內側控制截面位于邊墻中部。恒載 Mmin=-674 kNm,Fmin=-1 611.7 kN;活載 Mmax=7.6 kNm,Fmax=123.9 kN;Mmin=-326.6 kN m,Fmin=-364.8 kN。

3)邊墻外側(底板處)。邊墻外側控制截面二位于邊墻與底板交接處。恒載 Mmin=-575.6 kNm,Fmin=-1 044 kN;活載Mmax=80.6 kNm,Fmax=263.5 kN;Mmin=-242.2 kN m,Fmin=-506.7 kN。

5.4 懸挑板

懸挑頂板上緣控制截面位于與主體框架頂板交接處。恒載Mmin=-40.6 kNm,Fmin=-17.3 kN;活載 Mmax=6.9 kN m,Fmax=2.3 kN;Mmin=-15.4 kN m,Fmin=-3.6 kN。

6 結語

本文對 16m懸挑式框架橋建立 Midas空間模型進行有限元分析,介紹了框架橋主要設計荷載的計算及邊界條件的輸入,并且進行荷載組合分析后得出最不利工況下的內力值、地基反力值,可以應用于截面檢算和地基承載力檢算,在實際工程設計中可以很好的應用。本文詳細的荷載計算方法及荷載組合方法對框架橋結構設計和Midas建模的學習有一定的指導作用。

[1]TB 10002.1-2005,鐵路橋涵設計基本規范[S].

[2]TB 10002.3-2005,鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范[S].

[3]TB 10002.5-2005,鐵路橋涵地基和基礎設計規范[S].

On finite element analysis of cradle frame bridge

LIU Ya-qiong

Combining with theengineering example of 16m frame bridge,the paper undertakes themodelanalysis by usingMidas finite element software,and introduces themodel establishment,the boundary conditions,the loading calculation and the combination methods for the factual projects of the frame bridges,so as to have the direction significance for the structural design of the frame bridges.

frame bridge,Midas,finite element,mobile loading

U 448.2

A

1009-6825(2011)03-0163-02

2010-10-08

劉亞瓊(1982-),女,碩士,中鐵第五勘察設計院集團有限公司鄭州分院,河南 鄭州 450000