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超宽钢-混组合梁局部应力分析

发表时间：2021/5/17 来源：《基层建设》2021年第2期作者：袁永东

[导读] 摘要：随着城市的快速发展，交通量的急剧增加，城市新建桥梁的宽度也在增大，许多在建桥梁的车道数已经达到了双向八车道，桥面宽度达到了四十余米，因此对超宽主梁的局部应力分析显得很有必要。

        重庆交通大学重庆市 400000
        摘要：随着城市的快速发展，交通量的急剧增加，城市新建桥梁的宽度也在增大，许多在建桥梁的车道数已经达到了双向八车道，桥面宽度达到了四十余米，因此对超宽主梁的局部应力分析显得很有必要。本文基于钢-混凝土组合梁结构，依托在建桥梁的设计参数，利用ABAQUS软件进行建模计算，分析了钢-混凝土组合梁的局部应力。发现纵梁吊杆横隔板与耳板底部连接开口处产生了应力集中，出现了较大的应力，为了保证结构的安全，在设计时应当采取措施予以避免。
        关键词：超宽；组合梁；局部应力
        引言
        钢-混凝土组合梁是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种新型梁结构，通常其肋部采用钢梁，翼板采用钢筋混凝土板，以抗剪连接件连接形成整体而共同受弯的一种结构构件[1]。钢筋混凝土桥面板与钢梁协同工作的核心是抗剪连接件，以沿钢筋混凝土桥面板与钢梁的接触面布置的栓钉连接方式为主要形式。本文基于目前大型桥梁常用的主梁结构—钢-混凝土组合梁，依托在建桥梁的设计参数，利用ABAQUS软件进行建模计算，分析钢-混凝土组合梁的局部应力。
        1 实桥概况
        本文所选实例桥梁为在建某提篮钢拱桥。主梁采用组合钢箱梁，由主纵梁、横梁、小纵梁及挑梁组成，各构件间采用焊接连接。断面采用双边箱形主纵梁结合桥面板的整体断面。桥梁全宽46.9m，其中主纵梁中心线处梁高3.204m（含26cm混凝土桥面板厚），顶面设1.5％双向横坡，梁底横向为平坡。横梁采用“工”字形断面。主梁断面上设置三道小纵梁，小纵梁采用焊接工字型截面。混凝土桥面板分为预制部分和现浇部分，预制桥面板采用C60混凝土，桥面板按钢筋混凝土构件设计。主梁与桥面板之间的连接方式是用栓钉连接件连接。
        2 有限元模型建立
        论文采用的有限元软件为ABAQUS，模型中钢筋采用T3D2单元，即两节点线性三维桁架单元，钢梁、混凝土板和栓钉均采用C3D8R的单元类型，即8节点六面体线性完全减缩积分单元。
        在相互作用模块，栓钉与纵横梁顶板及小纵梁顶板之间通过绑定进行连接。混凝土板中的钢筋及栓钉均通过内置将它们内置到混凝土板中，混凝土板与纵横梁顶板及小纵梁顶板之间的接触采用通用接触，由于混凝土板与钢梁之间的抗剪性能主要由栓钉来承担，所以切向方向属性选用无摩擦，法向方向属性选用硬接触，并且由于整个加载过程中混凝土板与钢梁之间未分离，所以同样定义模型中的接触面不分离。
        边界条件方面，一端约束U1，U2，U3来模拟固定铰支座，另一端约束U1，U2来模拟滑动铰支座。钢-混组合梁有限元模型见图1。

        图1 主梁网格划分示意图
        3 局部应力分析
        本模型中的计算荷载为自重和二期恒载，分析组合梁的mises应力发现，纵梁吊杆横隔板与耳板底部连接开口处产生了应力集中，出现了较大的应力，在设计时应通过优化设计来予以避免，防止锚固端出现受力不合理的情况，影响拉索的受力，进而影响整座大桥的安全。纵梁吊杆横隔板的应力云图见图2。
        结语
        此次建模计算结果表明，纵梁吊杆横隔板与耳板底部连接开口处产生了应力集中，出现了较大的应力，说明设计可能存在一些小的问题，因此在设计时应采取措施来予以避免，防止锚固端出现受力不合理的情况。