浅谈钢混结合梁斜拉桥主梁结合段剪力滞效应 程维

发表时间:2020/6/18   来源:《建筑模拟》2020年第5期   作者:程维
[导读] 斜拉桥是一种桥梁体系,这种桥梁体系主要由三种构件组成,分别是梁、索、塔,由于构成斜拉桥主梁的材料有所不同,因此斜拉桥的种类也有所不同,通常情况下分为三种,分别是混凝土斜拉桥、钢斜拉桥以及钢混结合梁斜拉桥。本文主要对影响钢混结合梁斜拉桥主梁结合段剪力滞效应的因素进行分析,判断能够影响主梁剪力滞效应的相关问题,从而得出钢混结合梁斜拉桥主梁结合段剪力滞效应的相关结论
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        摘要:斜拉桥是一种桥梁体系,这种桥梁体系主要由三种构件组成,分别是梁、索、塔,由于构成斜拉桥主梁的材料有所不同,因此斜拉桥的种类也有所不同,通常情况下分为三种,分别是混凝土斜拉桥、钢斜拉桥以及钢混结合梁斜拉桥。本文主要对影响钢混结合梁斜拉桥主梁结合段剪力滞效应的因素进行分析,判断能够影响主梁剪力滞效应的相关问题,从而得出钢混结合梁斜拉桥主梁结合段剪力滞效应的相关结论。
        关键词:钢混结合梁;斜拉桥主梁;剪力滞效应
       
        伴随着社会经济的不断发展,建筑工程面临着严峻的挑战,桥梁建设过程中单一的材料已经很难满足实际需求,因此钢混结合梁斜拉桥应运而生。作为混合两条中的重要组成部分,钢混结合段是建设过程中应该给予充分关注的一部分,在这一部分中所涉及到的力学性能非常复杂,当然也是因为这些复杂性会导致桥梁出现诸多问题,其中就包括剪力滞效应。
        一、横隔板对主梁剪力滞的影响
        桥梁结构中横隔板的作用,一方面是能够帮助箱梁截面保持形状,另一方面也是能够在应力分布上发挥作用,因此在对横梁板对主梁剪力滞的影响过程中,重点研究的是自重以下的阶段。
        如图1所示,是钢箱梁顶板和底板的等效应力云图,在左侧的图形中,表述了钢箱梁顶板等效应力的分布情况,都在受到拉力的状态下,其最大应力为125MPa,从图上来看,它最大应力的作用区域非常小,而右侧则是钢箱梁底板等效应力的分布情况,在整个模型受拉的状态下,无论是拉力还是应力都要比125MPa小,所以相对而言,前者受力更合理。
        
        图1 A 段钢箱梁应力图
        (二)有横隔板跨中合龙段剪力滞效应
        为了使钢箱梁能够在横向刚度和抗扭刚度上足够充分,因此选择每隔三米设置一道横隔板,同时在上述模型的基础上,忽略封嘴部分的高度,并将其重量等效成均的分布在有横隔板的箱梁上,以此模型进行顶板和底板的应力计算,如图2所示。
        
        图2顶板和底板的顺桥向应力
        在左侧的图形中钢箱梁底板等效力呈现出受压的状态,其最大压应力均为120MPa,而且这种区域很小,右侧图形中钢箱梁底板的等效率分布情况也是呈现出受压状态,所受压力和应力都小于70MPa,因此相对而言有横隔板的这一段模型在受力上更合理。
        二、钢混结合段剪力滞效应分析
        结构的应力分布受材料影响,材料种类的差异会为其带来不同的刚度,而刚度直接决定了应力分布。因此,本节将针对C59阶段的剪力滞效应进行分析,探究B段局部模型在自重作用下的混凝土箱梁、结合段和钢箱梁剪力滞效应。
        (一)结合段局部模型合理性分析
        为评价局部典型模型的承载能力,可在成桥状态下,以应力分布为着力点,通过对模式的各结构的分析。而直接影响模型承载能力的因素有二,因为钢结构的Von.Mises 应力,二为混凝土结构的第一、第三主应力,因此承载能力的研究重点是衡量二者是否达到规范要求?
        如图3所示,图中为钢混结合段,混凝土箱梁顶板的应力云图。
        
        图3 B 段混凝土箱梁顶板应力云图
        在图3中,左侧为混凝土箱梁顶板主拉应力分布图示,右侧为混凝土箱梁顶板主压应力图示。图示中显示,顶板主拉应力的最大值为65MPa,而顶板主压应力的最大值为30MPa。
        (二)结合段混凝土箱梁计算结果分析
        取 ANSYS 中建立的B 段局部模型混凝土箱梁的跨中截面进行剪力滞效应的研究。从整体模型计算的结果可知控制截面的应力σ顶=-5.5MPa。
        在ANSYS中形成B 段局部模型,选择其中混合土箱梁的跨中截面,展开剪力滞效应的探究。通过整体模型计算,可得出控制截面的应力σ顶值为-5.5MPa。混凝土箱梁存在较小的剪力滞效应,顶板的各项剪力滞效应都系数皆约等于1,以内模板为代表,其剪力滞系数最大值为1.05。以此为基础展开分析可知,由于混凝土箱梁的位置靠近锚固端,因此室内的剪力滞系数变化并不明显,具备较均匀的应力分布。同时,因为在T 型加劲肋和 U 型加劲肋的位置应力发生了改变,所以剪力滞系数也产生了改变,这也致使剪力滞系数曲线不光滑。
        (三)结合段钢箱梁计算结果分析
        在ANSYS中形成B 段局部模型,选择其中钢箱梁的跨中截面,展开剪力滞效应的探究。通过整体模型计算,可得出控制截面的应力σ顶值为-5.5MPa,相较于混合土相量而言,钢箱梁顶板存在着正剪力滞,且其系数较高,最高可达到1.15。由此可知,钢箱梁的剪力滞效应要明显于混凝土箱梁,其剪力滞效应对于桥梁工程的影响也高于混凝土箱梁,尤其是受到结合段复杂受力的影响,在进行工程设计及施工时,更应对这一问题加以重视。
        结束语
        对于桥梁的设计与施工而言,钢混结合段教育存在剪力滞效应,尤其是钢箱梁部分。因此应格外注重该部分的应力变化,以桥梁外荷载变化为前提进行其应力设计计算。在桥梁工程建设过程中,因结合段的剪力滞效应复杂性而更应得到施工单位的重视,在施工过程中进行监测。同时,混凝土箱梁作为塔跟时,其应力分布较为均匀,剪力滞效应趋近于1。相较于混凝土箱梁,钢箱梁存在着更加明显的剪力滞效应,因此应格外注重。而针对剪力滞效应,在进行工程设计时应充分利用横隔板对应力分布的影响以及对剪力滞效应的削弱功能,适当增设横隔板。综上所述,削弱剪力滞效应对于桥梁工程至关重要,相关人员在设计及施工阶段都应重视该项工作,进行合理的调整。
        参考文献:
        [1]周立兵,丁望星,张家元.斜拉桥主梁钢-混结合段技术性能提升关键技术[J].桥梁建设,2019,49(02):30-35.
        [2]陈亮,徐松,李凯,刘涛.混合梁斜拉桥主梁钢混结合段中的梁格模拟方法研究[J].公路交通科技(应用技术版),2019,15(02):145-147.
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