變高鋼桁組合梁實例模擬及要點

變高鋼桁組合梁實例模擬及分析要點錢

江01

鋼

桁

結

構

受

力

特

點02

結

構

建

模

關

鍵

要

點03

施

工

過

程

分

析

要

點04

計

算

結

果

提

取

說

明目錄01鋼桁結構受力特點鋼

桁

架

結

構

基

本

組

成主桁：上下弦桿、腹桿（豎桿、斜桿）弦桿：承擔荷載產生的軸力（拉/壓）；腹桿：承擔剪力。上弦桿中間橫聯(lián)聯(lián)結系：縱聯(lián)、橫聯(lián)上平縱聯(lián)縱聯(lián)：抵抗水平向荷載，為主桁提供側向支撐；下弦桿下平縱聯(lián)橫聯(lián)：使主桁橫向成為幾何不變體系，提高主桁的抗扭能力。橋門架豎桿斜桿縱梁橋面系：縱梁、橫梁橫梁將移動荷載傳遞給主桁節(jié)點。端

部

斜

桿

節(jié)

點

破

壞

案

例

—

美

國佛

羅

里達

人

行橋事故情況：1、FIU天橋項目連接佛羅里達大學校園和斯威特沃特市區(qū)。2018年3月15日下午1:45左右，天橋在施工中倒塌。1名工人和5名乘坐汽車的行人死亡，另一名工人永久性致殘。2、FIGG將該橋設計為一個連續(xù)的單桁架混凝土橋，橋面寬9.65m，頂篷寬4.9m，橋板和頂篷之間的高度大約是4.5m。端

部

斜

桿

節(jié)

點

破

壞

案

例

—

美

國佛

羅

里達

人

行橋端

部

斜

桿

節(jié)

點

破

壞

案

例

—

美

國佛

羅

里達

人

行橋主要原因：1、該橋存在結構設計缺陷，由于結構設計缺陷，導致橋梁出現(xiàn)裂縫，并導致其最終在第三階段倒塌。2、根據(jù)FDOT要求，顧問對EOR的設計進行獨立的同行評審，沒有檢查橋梁在不同施工階段的結構完整性，這違反了FDOT的要求。調查發(fā)現(xiàn)，獨立檢查僅在橋梁的所有部分都建成的最終設計階段進行。常

見

鋼

桁

架

橋

結

構

形

式國

內

橋

梁

行

業(yè)

—鋼

橋

相

關

規(guī)

范《公路橋涵設計通用規(guī)范》《公路鋼結構橋梁設計規(guī)范》《鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范》《公路鋼管混凝土拱橋設計規(guī)范》JTG/T

D65-06-2015JTG

D60-2015JTG

D64-2015TB

10091-20172015年12月1號實施2015年12月1號實施2017年5月1號實施2015年12月1號實施02結構建模關鍵要點工

程

概

況本橋為變截面鋼桁組合梁連續(xù)剛構橋，跨徑組合為100m+176m+176m+100m，橋寬16.75m，主桁架桁高5.5~16m，標準節(jié)間水平長12m。兩片主桁架弦桿中心距為9.5m，主橋下部結構采用空心薄壁墩，最大墩高106m。采用C50預制混凝土橋面板，橋面板后澆帶采用C50自密實微膨脹混凝土，墩頂局部負彎矩區(qū)后澆帶采用UHPC超高性能混凝土。設計標準：1）公路等級：雙向六車道高速；2）設計時速：100Km/h；3）設計荷載：公路—I級；4）橋梁寬度：2×16.75m；5）地震設防：峰值0.05g；6）安全等級：一級；建

模

要

點

—

橋

面

系

模

擬橋面系模擬：混凝土橋面板采用縱橫梁梁格體系，將橋面板拆分為三個縱梁，橫梁通過虛擬橫梁連接，混凝土板與上弦桿采用剛臂連接，同時上部結構移動荷載采用橫向聯(lián)系梁加載模式。建

模

要

點

—

雙

單

元

擴

展

說

明雙單元模擬要點：1、雙單元模擬方法，適用面較廣，對于鋼混組合梁、波形鋼腹板，鋼管混凝土拱橋、橋梁加固等計算，均可以使用；2、兩者之間用剛臂連接，可以采用彈性連接剛性，或者剛性連接；3

注意施工階段激活時候，邊界的激。建

模

要

點

—

雙

單

元

擴

展

說

明模擬要點：索塔連接與索梁連接，采用彈性連接剛性與剛性連接均可，但是需要注意兩者的作用機理，彈性連接剛性是取模型最大剛度的10的5次方倍，剛性連接是主從約束；另外還需要注意激活主塔與主梁時，直接帶剛臂一起激活；建

模

要

點

—

雙

單

元

擴

展

說

明模擬要點：1、主梁混凝土板與鋼結構部分，建模時候可以采用雙單元模擬，兩者之間用剛臂連接，但是需要劃分相對密一些；2、施工過程正裝模擬時，在激活鋼結構部分，需要一起激活與混凝土剛臂，保證混凝土部分與鋼結構變形協(xié)調；3、對于查看結果出現(xiàn)應力鋸齒狀問題，可以把截面定義中“剪切變形”給去掉，這樣可以減小深梁效應的影響。建

模

要

點

—

桁

架

結

構

模

擬注意：全焊鋼桁架結點具有很大的剛性，同時由于制作誤差，各桿的軸線不一定完全交于一點。所以一般情況，建議上下弦桿、腹板等用梁單元模擬，聯(lián)結系可以考慮桁架單元，但是要特別注意桁架單元建模時候，不要中間有斷開節(jié)點。建

模

要

點

—

節(jié)

點

板

重

量

考

慮

計算鋼桁結構時候，要特別注意，不能忽略節(jié)點板的重量，這部分占比不小，可以采用節(jié)點位置直接施加節(jié)點荷載，或者是提高鋼結構容重放大，最后可以通過支反力的大小來檢驗；

類似計算，在懸索橋分析中，主纜的容重也不是78.5，需要有額外的提高；

橋面系梁格結構的虛擬橫梁，容重可以定義為0，同時不考慮其橫向溫度計收縮徐變作用，不考慮其線膨脹系數(shù)。建

模

要

點

—

邊

界

模

擬邊界要點：墩梁固結位置采用主從性剛性連接，墩頂作為主節(jié)點，桁架下平聯(lián)作為從屬節(jié)點。保證墩頂桁架的節(jié)點的耦合，避免應力峰值。支點位置底部混凝土采用板單元模擬，采用梁板組合結構模擬；建

模

要

點

—

支

點

位

置

U

HP

C

模

擬支點位置模擬：1、支點位置，采用UHPC混凝土板，更多是為了減小支點位置混凝土板的開裂問題，提高混凝土耐久性；2、思考：對于抗拔不抗剪剪力釘?shù)慕Y構，如何做才能更好模擬結構真實受力呢？建

模

要

點

—

支

點

位

置

混

凝

土

開裂

模

擬首先對于規(guī)范原文的理解，計算開裂截面的慣性矩，不考慮受拉區(qū)混凝土對剛度的影響。如右圖斷面所示，可以采用等效彈性模量的方法來模擬，求得換算等效彈性模量后，替換混凝土材料的彈性模量即可，當然還需要注意一個問題，就是開裂范圍的準確模擬。建

模

要

點

—

梁

板

組

合

結

構

擴

展說

明類似結構模擬：頂板、底板、腹板可以用板單元，加勁肋可以用梁單元。建

模

要

點

—

移

動

荷

載

定

義豎向基頻

1.14建

模

要

點

—

移

動

荷

載

定

義注意要點：

新《通用規(guī)范》車道-I級的集中荷載Pk值，當小于5m時，由原規(guī)范180KN提高至270KN；

新《通用規(guī)范》的多車道折減系數(shù)，單車道由原規(guī)范的1.0提升至1.2；

需要注意是，車道荷載計算時候當考慮剪力效應時候，集中荷載Pk值需要乘以放大系數(shù)1.2；建

模

要

點

—

支

座

沉

降

定

義思考：對于4*30m，支點梁高5m，跨中1.6m，采用變截面現(xiàn)澆箱梁，會有什么問題？03施工過程分析要點施

工

分

析

要

點

—施

工

過

程

模

擬必

要

性施

工

分

析

要

點

—施

工

過

程

模

擬必

要

性一次成橋的內力狀態(tài)懸臂施工的成橋內力狀態(tài)先簡支后連續(xù)法施工的成橋內力狀態(tài)施

工

分

析

要

點

—各

種

位

移

的

含義當前步驟位移，當前階段位移，實際總位移，考慮預拱度位移的含義？施

工

分

析

要

點

—各

種

位

移

的

含義施工階段模型當前步驟位移當前階段位移

當前步驟位移：當前施工階段結構體系，在當前施工荷載作用下的結構位移。

當前階段位移：直到當前施工階段，施工荷載產生的累計位移。

實際的總位移：考慮構件切向安裝的輸出位移。階段/步驟實際總位移施

工

分

析

要

點

—施

工

過

程

分

析施工過程：施工下部結構——纜索吊機施工0號段——對稱施工兩側鋼桁架節(jié)段——邊跨合龍——中跨合龍——安裝預制混凝土板——澆筑正彎矩區(qū)混凝土現(xiàn)澆段——澆筑負彎矩區(qū)混凝土現(xiàn)澆段——二期鋪裝施工——考慮十年收縮徐變；施

工

分

析

要

點

—施

工

過

程

混

凝土

濕

重模

擬施

工

分

析

要

點

—施

工

過

程

混

凝土

濕

重模

擬

—擴展

說

明模擬要點：1、組合梁施工過程模擬時候，一般是先施工鋼梁，再施工混凝土橋面板。因此在模擬時候，需要注意，先模擬混凝土板濕重，然后再激活混凝土板，鈍化濕重；2、與斜拉橋索梁剛臂模擬類似，雙單元組合梁模擬時候，一樣先激活鋼梁時候，同時激活剛臂，這樣可以保證混凝土部分與鋼結構部分變形協(xié)調。施

工

分

析

要

點

—施

工

過

程

混

凝土

濕

重模

擬

—擴展

說

明方法1：先激鋼梁，后同時激活剛臂和橋面板方法2：先激鋼梁和剛臂，后激活橋面板施

工

分

析

要

點

—如

何

考

計

算

最大

懸

臂狀

態(tài)

的屈

曲

模態(tài)施

工

分

析

要

點

—如

何

考

計

算

最大

懸

臂狀

態(tài)

的屈

曲

模態(tài)結果：一階屈曲模態(tài)為4號墩順橋向失穩(wěn)，其特征值系數(shù)為19.1大于4.0，滿足規(guī)范要求。04計算結果提取說明施

工

階

段

靜

力

計

算

結

果最大懸臂狀態(tài)上下弦桿應力（MPa）最大懸臂狀態(tài)腹桿應力（MPa）收縮徐變結束狀態(tài)上下弦桿應力（MPa）收縮徐變結束狀態(tài)腹桿應力（MPa）施

工

階

段

變

形

計

算根據(jù)施工過程計算結果，考慮節(jié)段桁架懸臂拼裝施工模擬，考慮切向位移，跨中最大變形發(fā)生十年收縮徐變階段，為-22.7cm。轉

體

施

工

—

擴

展

說

明思考：對于轉體施工，上部結構主梁處于曲線上，如何確定球鉸向內的偏心距離？成

橋

狀

態(tài)

驗

算最大正應力在支點位置上弦桿，最大應力273MPa，小于385MPa。1.1基本組合作用上下弦桿應力（MPa）1.1基本組合作用上下平聯(lián)桿應力（MPa）跨中最大撓度為

35mm，小于352mm1.1基本組合作用腹桿桿應力（MPa）移動荷載作用結構變形（mm）考

慮

雙

非

線

性

二

類

穩(wěn)

定

分析考慮幾何非線性與材料非線性，繪制分階段荷載位移曲線，求得二類穩(wěn)定特征值系數(shù)5.2，大于2，滿足規(guī)范要求?？紤]50cm初始缺陷問

題

思

考

：

如

何

考

慮

高

塔的

非

線性

穩(wěn)

定？

對于大跨高塔懸索橋需要考慮整體穩(wěn)定分析，從規(guī)范角度控制，一類穩(wěn)定系數(shù)要大于4，二類穩(wěn)定系數(shù)要大于2；

可以采用全橋模型計算，也可采用局部主塔模型計算，一般局部主塔模型計算結果大于全橋模型結果，因為全橋模型中主塔頂部有索鞍約束；

全橋穩(wěn)定計算中，索單元要轉化為桁架；問

題

思

考

：

如

何

考

慮

大

跨拱

橋

的

非

線

性穩(wěn)

定

？桁

架

梁

的

疲

勞

驗

算根據(jù)《公路鋼結構橋梁設計規(guī)范》（JTG

D64—2015）第5.5節(jié)抗疲勞設計，本次選用疲勞荷載計算模型Ⅰ（對應于無限壽命設計方法），對結構進行疲勞