曲线钢结构人行天桥梁单元与板单元建模分析

2018-03-02曹远

城市道桥与防洪 2018年1期

曹远

（上海市园林设计研究总院有限公司,上海市 200031）

0 引言

随着城市交通的不断发展，大型商业建筑及车站附近的交叉路口不断增设人行天桥满足日益增长的人行过街需求。考虑到景观、桥梁施工及地形影响，近年来越来越多的人行天桥朝着线形优美、梁体“纤柔”的方向发展，钢结构人行天桥成了必然选择。

与之对应的是钢箱梁结构的计算精度问题,对于常规直线钢箱梁我们通常采用梁单元模拟就满足精度要求。而线形复杂或曲线半径较小的钢箱梁需要通过梁单元与板单元分别建模对比分析,希望得到更加准确的支座反力及局部应力。本文通过对一联曲线连续钢箱梁分别采用梁单元和板单元建模计算，比较两者计算结果，为相关设计计算提供一些参考。

1 工程概况

拟建桥梁位于昆山市柏庐路，柏庐路呈南北走向，北侧为铁路高架，南侧与G312相交。拟建桥梁为一座横跨柏庐路的人行天桥，桥梁西侧为汽车南站，东侧为世贸蝶湖湾商业广场。桥梁总长108 m，主桥桥面净宽3.5 m，标准跨径组合为（9+31.25+39.75+22+6）m。

2 计算模型

本文运用Midas/Civil有限元软件对该桥进行建模计算，考虑在相同荷载等级、相同荷载工况下采用梁单元与板单元模型分别计算，分析其计算结果的差异。该钢箱梁位于R=90 m曲线上，主梁选用Q345钢材，顶板宽4.0 m，底板宽2.9 m，悬臂长0.55 m，梁高1.6 m。钢箱梁标准横断面如图1所示。

图1 钢箱梁标准横断面图（单位：mm）

2.1 模型简介

2.1.1 主要计算荷载

该桥结构自重由系统考虑，二期铺装8 kN/m，栏杆单侧2.5 kN/m，人群荷载按照城市桥梁荷载规范选取。为保证两种模型的受力状态基本一致，两个模型均未考虑整体升降温、温度梯度及支座沉降等荷载工况。

2.1.2 梁单元有限元模型

本文梁单元模型采用薄壁箱形截面,截面中纵肋、横肋及横隔板等均换算成线荷载加载在主梁上。梁单元模型截面如图2所示，模型及边界条件如图3所示。

2.1.3 板单元有限元模型

本文板单元模型采用薄壁箱形截面,截面中纵肋、横肋及横隔板等均换算成线荷载加载在主梁上。梁单元模型截面如图4所示，模型及边界条件如图5所示。

图2 梁单元模型截面

图3 梁单元模型及边界条件

图4 板单元模型截面

图5 板单元模型及边界条件

2.2 计算结果对比分析

2.2.1 支反力结果对比

根据以上梁单元与板单元模型计算结果,对两种模型的恒载反力和活载反力分别列表对比分析。由表1及表2的结果对比可以看出，板单元相对于梁单元的支反力结果比较接近，对比差值均在5%以内。

2.2.2 单元应力结果对比

根据以上梁单元与板单元模型的计算结果,由表3及表4可以看出，板单元模型边跨底板应力、中支点顶板应力及中跨底板应力较梁单元计算顶底板应力略小。究其原因应该是本模型梁单元仅考虑箱形截面顶底板及腹板计算截面抗弯惯性矩，而板单元不仅考虑箱形截面，也将横隔板及纵向加劲肋一同计入整个截面的抗弯惯性矩中，从而截面应力相应减小。两个模型的应力结果基本一致。