某公路简支钢桁梁结构验算

陈志龙+王雷

【摘要】针对某公路简支钢桁梁的结构验算，建立了空间有限元计算模型，并结合横向分布的概念，可有效模拟使用荷载的作用，统一了平面计算问题中有关荷载纵横向分布的复杂简化问题，且计算结果可靠，可供广大技术人员参考。

【关键词】钢桁梁；贝雷；横向分布；有限元；結构验算

【Abstract】Aiming at the structural checking of simply supported steel truss girder， a finite element model of space is established. Combined with the concept of transverse distribution， the effect of load can be effectively simulated， and the complicated and simplified problem of vertical and horizontal distributions in plane calculation problem is unified ， And the calculation results are reliable， for the majority of technical personnel reference.

【Key words】Steel truss girder； horizontal distribution； finite element； structural checking

1. 工程概述

某公路简支钢桁梁为安徽省境内合巢芜高速公路改建工程中的一座临时便桥，钢桥全长36m，共2跨，桥面净宽3.0m，设计有效荷载为500KN，主梁采用321型标准贝雷片，为下承式三排单层加强型贝雷；横梁采用28号工字钢，每节安装4根，桥面铺装设置桥面板，桥面板采用6根6.0m的12号工字钢和8mm的花纹板焊接而成。结构整体示意图如图0所示：

2. 横梁荷载计算

（1）全桥横梁支撑于贝雷桁架，计算桥面系恒载、活载时，采用桥面单元加载，将各个横梁位置作为弹性支撑，将桥面单元视为弹性支撑连续梁，支撑刚度按横梁简支的跨中变形特征值考虑。所计算出的支撑反力即为横梁所分配的桥面恒载与活载，有限元空间模型如图1所示：其中梁单元 60 个。

（2）桥面恒载大小根据设计图纸计算确定（略），横梁所分配的桥面恒载计算模型加载图如图1-1所示：

（3）横梁所分配的桥面恒载计算结果如图1-1所示：

（4）横梁所分配的桥面活载计算加载图如图1-3所示：

（5）横梁所分配的桥面活载计算结果如图1-4所示：

（6）各横梁所分担的荷载结果如表1所示：

3.贝雷桁架荷载计算

（1）全桥共计6片贝雷桁架，计算桥面恒载及活载效应时，需要偏安全地考虑荷载的横向分布系数，可采用跨中附近横梁横视为弹性支撑连续梁，支撑刚度近似按贝雷桁架简支的跨中变形特征值考虑。贝雷桁架横向分布系数有限元空间模型如图2所示：

（2）桥面恒载与活载的横向分布系数应分别计算，其中，恒载横向分布加载模型图及计算结果图如图2-1、2-2所示，活载横向分布加载模型图及计算结果图如图2-3、2-4所示：

（3）贝雷桁架横梁自重计算加载计算结果图如图2-5所示：

（4）贝雷桁架荷载计算结果汇总如表2所示：

4. 横梁（I28）验算

（1）建立横梁梁工字钢（2I28）验算空间有限元模型如图3所示，其中梁单元 18 个。

（2）计算荷载如表1.1所示，计算时按最不利荷载组合考虑，即计算表中的13号横梁，如下图3-1所示。

（3）横梁在最不利荷载下的弯矩分布如下图所示：

（4）对13号横梁梁作应力强度验算，结果如下：

（5）结论：验算结果表明，横梁在使用荷载作用下满足应力正应力在容许应力线范围之内，正应力强度满足要求；最大剪应力为7.53MPa，剪应力强度满足要求；最大竖向位移为3.0mm，满足使用要求。

5. 贝雷桁架验算

建立贝雷桁架验算空间有限元模型如图4所示，其中梁单元 78 个。

计算荷载如表1.2所示，计算时按最不利荷载组合考虑，如下图4-1所示。

5.1 贝雷梁上弦杆计算结果。

（1）上弦杆在最不利荷载下的弯矩及剪力图下图所示（见图4-2-图4-4）：

（2）应力强度验算，结果如下（见图4-5到图4-7）：

5.2 贝雷梁下弦杆计算结果。

（1）下弦杆在最不利荷载下的弯矩及剪力图下图所示（见图4-8到图4-10）：

（2）应力强度验算，结果如下（见图4-11-图4-13）：

5.3 贝雷梁加强弦杆计算结果。

（1）加强弦杆在最不利荷载下的弯矩及剪力图下图所示（见图4-14-图4-16）：

（2）应力强度验算，结果如下（见图4-17-图4-19）：

5.4 贝雷梁整体计算结果（见图4-20-图4-23）。

（1）最大正应力为85.38MPa；

（2）最大剪切应力为115.15MPa；

（3）最大主应力为145.67MPa；

（4）竖向最大位移为20.93mm；

（5）结论：验算结果表明，贝雷梁在最不利荷载组合作用下，强度和位移满足使用要求。

6. 结束语

本文针对某公路简支钢桁梁的结构验算，建立了空间有限元计算模型，并结合横向分布的概念，可有效模拟使用荷载的作用，统一了平面计算问题中有关荷载纵横向分布的复杂简化问题，且计算结果可靠，可供广大技术人员参考。

参考文献

[1] 叶见曙.结构设计原理[M]..北京：人民交通出版社，2015.06.

[2] 邵旭东.桥梁工程[M]..北京：人民交通出版社，2004.01.

[3] 邵旭东.桥梁设计与计算[M]..北京：人民交通出版社，2007.02.

[4] 葛俊颖.桥梁工程软件Midas Civil使用指南[M]..北京：人民交通出版社，2013.06.

[文章编号]1619-2737（2017）07-02-635

[作者简介] 陈志龙（1976.09-），男，籍贯：安徽霍邱人，学历：大学本科，职称：工程师；长期从事公路施工和工程管理工作。