三跨連續(xù)鋼梁模型試驗分析★

尚思同 武云龍 楊 光 陸書航 余保柱 賈艷敏*

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040)

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·橋梁·隧道·

三跨連續(xù)鋼梁模型試驗分析★

尚思同 武云龍 楊 光 陸書航 余保柱 賈艷敏*

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040)

以某實際工程為例，建立了三跨連續(xù)鋼梁模型，并進行了荷載試驗，根據(jù)模型尺寸建立了Midas有限元計算模型，通過試驗數(shù)據(jù)采集和有限元計算結(jié)果對比，有限元模型計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)吻合較好，通過靜力分析，得出了鋼梁在設(shè)計荷載作用下滿足規(guī)范要求。

三跨連續(xù)鋼梁，有限元模型，撓度，節(jié)點荷載

0 引言

隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，節(jié)約能源已經(jīng)變得越來越重要，傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)不利于資源的可持續(xù)利用，鋼結(jié)構(gòu)建筑在建筑行業(yè)所占的比例越來越大，連續(xù)鋼梁與單跨鋼梁相比在受力性能上有其優(yōu)點(如支座和跨中彎矩小,可進行內(nèi)力重分布等),故在實際工程中被大量采用[1]。為了掌握三跨連續(xù)鋼梁在荷載作用下的工作性能，設(shè)計了三跨連續(xù)鋼梁模型，模擬了試驗梁抗彎過程，得到三跨連續(xù)鋼梁在加載情況下的跨中位移、跨中應(yīng)變規(guī)律，并與試驗值進行比較，從而判斷試驗梁的抗彎承載能力。

1 計算模型

1.1 試驗梁材料

設(shè)計了三跨連續(xù)鋼梁模型，鋼梁橋模型為3 m+4 m+3 m，梁高0.12 m，橋面寬0.272 m，所用材料為Q235鋼，彈性模量E=2.1×105MPa，剪切模量G=0.81×105MPa，采用π形開口截面。

1.2 試驗測點布置

試驗測量的主要內(nèi)容有:鋼箱梁跨中截面撓度、鋼箱梁頂板應(yīng)變、鋼箱梁底板應(yīng)變和跨中截面應(yīng)變分布在鋼梁頂面、底面和腹板位置。應(yīng)變測點如圖1所示。在主跨跨中和1/4，1/8，3/8截面處，邊跨跨中均布置了應(yīng)變和撓度測點，利用YJ 225靜態(tài)電阻應(yīng)變儀測定應(yīng)變值。將百分表對稱地布置在計算截面，觀測鋼梁加載時的撓度變化，如圖2所示。試驗采用油壓千斤頂加載，用分配梁采用兩點加載的方式，在三跨連續(xù)梁的每一跨跨中橋面上加載，加載等級分別為：5 kN，10 kN，20 kN，30 kN，試驗荷載由電阻應(yīng)變式壓力傳感器結(jié)合東華DH3818測量。

1.3 試驗成果

在四級荷載作用下，中跨跨中截面應(yīng)變分布曲線如圖3所示，由圖3可知，試驗梁在加載過程中一直處于彈性階段，變形符合平截面假設(shè),梁截面上的正應(yīng)力分布呈直線分布，連續(xù)鋼箱梁處于彈性工作狀態(tài)。在四級荷載作用下，第一跨的位移如圖4所示。主跨最大撓度為5.03 mm，滿足JTG D64—2015公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范中撓度準(zhǔn)則規(guī)定的鋼梁撓度限值為計算跨徑的1/400的要求。

2 靜力分析

利用Midas有限元程序建立與試驗相對應(yīng)的計算模型，根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析時，均應(yīng)按彈性體系計算，不考慮由非彈性變形所產(chǎn)生的塑性內(nèi)力重分布。在建立有限元模型時，假定鋼材為理想彈性材料，采用線性彈性本構(gòu)關(guān)系,鋼梁的有限元模型采用梁單元進行模擬。施加于結(jié)構(gòu)上的邊界條件應(yīng)代表結(jié)構(gòu)固有的屬性邊界條件，模型邊界條件按連續(xù)梁約束處理并對橋梁施加自重。

加載采用節(jié)點荷載的方式加載到節(jié)點上，分四級加載，將跨中位移的有限元計算值與試驗值進行對比，如圖5所示。從試驗數(shù)據(jù)與有限元計算結(jié)果來看，有限元計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)吻合較好。主跨最大撓度為7.6 mm，滿足公橋規(guī)規(guī)定。

對有限元模擬結(jié)果進行分析，得出每跨20 kN的集中力作用下三跨連續(xù)梁頂面和底面的應(yīng)力值如表1所示。

表1 梁頂面和底面的應(yīng)力 MPa

下緣最大拉應(yīng)力為139.77 MPa,最大壓應(yīng)力為100.229 MPa，上緣最大拉應(yīng)力為51.11 MPa,最大壓應(yīng)力68.32 MPa，滿足規(guī)范要求。3 結(jié)語

1)運用MIDAS Civil建立有限元模型能較好的模擬三跨連續(xù)鋼梁在線性階段的受力和變形。2)試驗梁在加載過程中一直處于彈性階段，變形符合平截面假設(shè)，在設(shè)計荷載作用下，梁處在彈性工作狀態(tài)。

[1] 吳 沖.現(xiàn)代鋼橋(上冊)[M].北京:人民交通出版社，2006.

[2] 沈祖炎,陳揚驥,陳以一.鋼結(jié)構(gòu)基本原理[M].北京:中國建筑出版社，2005.

[3] 段 蘭,張 亮,王春生,等.高強度工字鋼梁抗彎性能試驗[J].長安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012(6):52-58.

[4] 饒 波.大跨度鋼箱梁人行天橋設(shè)計[J].橋梁結(jié)構(gòu)，2009，2(2):30-32.

[5] 段 蘭,唐友明,王春生,等.混合設(shè)計的高性能鋼梁抗彎性能試驗[J].交通運輸工程學(xué)報，2014(5):19-28.

On analysis of triple span continuous girder models★

Shang Sitong Wu Yunlong Yang Guang Lu Shuhang Yu Baozhu Jia Yanmin*

(CollegeofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

The paper establishes the triple span continuous girder model, undertakes the loading tests, establishes the Midas finite element calculation models based on the model sizes, indicates the calculation results of the finite element model is consistent with the test data by the test data collection and comparison of finite element calculations, and concludes the girder can meet the demands under the design loading by the static force analysis.

triple span continuous girder, finite element model, deflection, joint loading

1009-6825(2017)17-0139-02

2017-03-09★:國家大學(xué)生創(chuàng)新性實驗項目資助(項目編號:201610225205)

尚思同(1996- )，男，在讀本科生

賈艷敏(1962- )，女，博士生導(dǎo)師，教授

U448.2

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