大跨度鐵路連續(xù)鋼桁梁橋整體和局部受力特性分析

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1、大跨度鐵路連續(xù)鋼桁梁橋整體和局部受力特性分析1緒論1.1本文研究的目的意義新鐵路德龍煙線的DliY橋是一座下承式變商度六跨連續(xù)鐵路鋼析梁橋，其跨徑布罝為120+4x180+120m0橋面系為密布橫梁正交異性鋼橋面板體系。盡管近爾來正交界性整體鋼橋面系在鐵路橋梁中應(yīng)用的越來越多，然而，在其受力狀態(tài)和改善橋面系局部受力的措施方而均缺少較為系統(tǒng)的研究。本文將結(jié)合DLY橋的設(shè)計，采用整體分析和局部分析相結(jié)合的方法，對大跨度鐵路連續(xù)鋼析梁橋的全橋受力性能、正交異性板縱、橫梁連接處的局部應(yīng)力等方而進(jìn)行研究，提出

2、改善措施，為該橋的設(shè)計服務(wù)。研宄成果也可為今后該類橋梁設(shè)計提供參考和借鑒。1.2DLY橋工程簡介DLY橋足新建鐵路德龍煙線德州至大家桂段中的一應(yīng)下承式變高度六跨連續(xù)鐵路鋼析梁橋。該橋設(shè)計為通行雙線鐵路I級干線，線問距為5.0m,設(shè)計荷載為中-活載，列車通行設(shè)計速度為200km/li。總體布置圖如附圖A-1主析支點橫斷面圖如圖1-1。對于高速鐵路橋梁，其橋面結(jié)構(gòu)必須具有足夠的豎向、橫向和扭轉(zhuǎn)剛度，同時還應(yīng)具備一定的質(zhì)量和阻尼，才能滿足高速鐵路的行車安全性好、舒適度和噪聲低的要求。過去在我國普通鐵路線上

3、的鋼橋都是明橋面，枕木擱置在縱梁上，縱梁放在橫梁上，這些明橋面己不能夠滿足客運專線和高速鐵路的要求。然而，正交異性整體鋼橋面具有自重輕、整體性好、極限承載能力大、行車舒適性好的特點，相比于普通鐵路鋼縱、橫梁明橋面結(jié)構(gòu)，較易于滿足高速鐵路橋梁的行車要求。隨著空間有限元軟件的發(fā)展、橋梁結(jié)構(gòu)分析計算方法的提高、鋼材煌接工藝的改進(jìn)以及高強(qiáng)度鋼材的普及，正交異性鋼橋面板的設(shè)計技術(shù)和施工工藝得到了巨大的提升。因此，正交異性整體鋼橋面板結(jié)構(gòu)得到了迅猛的應(yīng)用和發(fā)展。目前，高速鐵路的興起又進(jìn)一步促進(jìn)了正交異形整體鋼橋

4、面板的發(fā)展。正交異性鋼橋面板也因其自身優(yōu)點而成為各國大中跨度鋼橋采用的主要橋面結(jié)構(gòu)形式。在正交異形板的應(yīng)用上，國外起步相對比較早。西德建成了世界上第一座真正意義上應(yīng)用正交異形板的Kurpfalz鋼橋，跨度布置為56+75+56m。國外將正交異性鋼橋面板在大跨度橋梁上應(yīng)用的也較早，于20世紀(jì)60年代就己經(jīng)建成幾座，如分別在1964年和1966年完成的PortMann(曼港）（圖1-3)橋和Severn(塞文)橋（圖1-4)。我國在正交異形板應(yīng)用方面起步相對較晚，然而發(fā)展非常迅猛國內(nèi)一些比較有代表性的正

5、交異性鋼橋面板鐵路橋梁如表1-2.2有限元計算方法2.1引言DLY橋采用正交異性整體鋼橋面系與鋼析梁相結(jié)合的板-析組合結(jié)構(gòu)。板-桁組合結(jié)構(gòu)的橋面系與主析下弦桿連接成一個整體，共同受力，導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)分析相當(dāng)復(fù)雜。本章研究了板-桁組合結(jié)構(gòu)整體分析的三種空間有限元計算方法，考慮計算工作量、計算效率和計算精度，選用空間板梁法(SpacePlate-Beammodel)建立全橋空間有限元模型，進(jìn)行整體分析；研究了考慮構(gòu)造細(xì)節(jié)的局部分析方法；確定了有限元分析結(jié)果的評價內(nèi)容和方法。空間板梁單元法簡稱SPB

6、法（SpacePlate-BeamMethod),是指所有桿件都采用空間梁單元模擬，包括主析各桿件和橋面系縱、橫梁，縱、橫助，而橋面板采用板殼元。目前，這種有限元計算方法應(yīng)用較多，也相對比較有效。橋面系中，縱助和橫助采用空間梁單元模擬，橋面板通過與縱、橫梁（助）采用共用一個節(jié)點的方法建立板單元，在下弦桿節(jié)點位置處橋面板與下弦桿用剛性聯(lián)結(jié)，形成板殼元、梁單元混合的有限元分析方法。這種方法的能較好的反映空間復(fù)雜桿系結(jié)構(gòu)真實受力狀況，計算結(jié)果準(zhǔn)確，但由于計算單元比空間桿系結(jié)構(gòu)法要多，計算效率也就相應(yīng)降低。

7、2.2整體空間有限元計算方法目前，全橋空間有限元計算方法主要分為空間桿系結(jié)構(gòu)法(SpaceFrameModel)、空間板梁單元法(SpacePlate-BeamModel)和全空間板殼單元法(SpacePlate-shellModel)?？臻g桿系結(jié)構(gòu)法(SpaceFrameModel)是能夠?qū)嶋H復(fù)雜的空間桿系結(jié)構(gòu)橋梁簡化成簡單的空間桿系結(jié)構(gòu)來建立模型的有限元方法，其中，用空間梁單元來模擬主桁及橋面系構(gòu)件，而橋面板通過計算的等效寬度等效到下弦桿和各個橋面系構(gòu)件。利用簡化的桿系有限元模型計算得到的位移

8、，能夠準(zhǔn)確的反應(yīng)出橋梁原結(jié)構(gòu)的實際變形。對于非橋面系桿件，如弦桿、斜桿、豎桿和平聯(lián)等桿件可直接利用其內(nèi)力和截面特性來計算應(yīng)力。但是，對于橋面系構(gòu)件，由于鋼橋面板的剪力滯后效應(yīng)的影響，實際桿系結(jié)構(gòu)的鋼橋面板的應(yīng)力分布狀況與簡化模型計算得到的應(yīng)力分布會有所差異。要解決這種差異，可以通過計算實際桿系結(jié)構(gòu)橋面系鋼橋面板的有效寬度的方法，來求得原結(jié)構(gòu)橋面系桿件的最大應(yīng)力。這種計算方法相對簡便，也考慮了橋梁結(jié)構(gòu)實際的空間效應(yīng)，但是如何準(zhǔn)確合理計算得到鋼橋面板的有效寬度，成為了該計