变高钢桁组合梁实例模拟及分析要点.pptx

1、变变高高钢钢桁桁组组合梁合梁实实例模例模拟拟及分析要点及分析要点钱 江CONTENTS01020304钢钢桁桁结结构受力特点构受力特点结结构建模关构建模关键键要点要点施工施工过过程分析要点程分析要点计计算算结结果提取果提取说说明明目录01钢桁结构受力特点主桁主桁：上下弦杆、腹杆（：上下弦杆、腹杆（竖竖杆、斜杆）杆、斜杆）弦杆：承担荷弦杆：承担荷载产载产生的生的轴轴力（拉力（拉/压压）；）；腹杆：承担剪力。腹杆：承担剪力。联结联结系系：纵联纵联、横、横联联纵联纵联：抵抗水平向荷：抵抗水平向荷载载，为为主桁提供主桁提供侧侧向向支撑；支撑；横横联联：使主桁横向成：使主桁横向成为为几何不几何不变变体系

2、，提体系，提高主桁的抗扭能力。高主桁的抗扭能力。桥桥面系面系：纵纵梁、横梁梁、横梁将移将移动动荷荷载传递给载传递给主桁主桁节节点。点。下弦杆下弦杆斜杆斜杆竖竖杆杆下平下平纵联纵联桥门桥门架架纵纵梁梁横梁横梁钢钢桁架桁架结结构基本构基本组组成成上弦杆上弦杆中中间间横横联联上平上平纵联纵联端部斜杆端部斜杆节节点破坏案例点破坏案例美国佛美国佛罗罗里达人行里达人行桥桥事故情况：事故情况：1、FIU天桥项目连接佛罗里达大学校园和斯威特沃特市区。2018年3月15日下午1:45左右，天桥在施工中倒塌。1名工人和5名乘坐汽车的行人死亡，另一名工人永久性致残。2、FIGG将该桥设计为一个连续的单单桁架混凝土桁

3、架混凝土桥桥，桥面宽9.65m，顶篷宽4.9m，桥板和顶篷之间的高度大约是4.5m。端部斜杆端部斜杆节节点破坏案例点破坏案例美国佛美国佛罗罗里达人行里达人行桥桥端部斜杆端部斜杆节节点破坏案例点破坏案例美国佛美国佛罗罗里达人行里达人行桥桥主要原因：主要原因：1、该桥存在结结构构设计设计缺陷缺陷，由于结构设计缺陷，导致桥梁出现裂缝，并导致其最终在第三阶段倒塌。2、根据FDOT要求，顾问对EOR的设计进行独立的同行评审，没有没有检检查桥查桥梁在不同施工梁在不同施工阶阶段的段的结结构完整构完整性性，这违反了FDOT的要求。调查发现，独立检查仅在桥梁的所有部分都建成的最终设计阶段进行。常常见钢见钢桁架桁

4、架桥结桥结构形式构形式国内国内桥桥梁行梁行业业钢桥钢桥相关相关规规范范公路公路桥桥涵涵设计设计通用通用规规范范JTG D60-20152015年年12月月1号号实实施施公路公路钢结钢结构构桥桥梁梁设计设计规规范范JTG D64-20152015年年12月月1号号实实施施公路公路钢钢管混凝土拱管混凝土拱桥设桥设计规计规范范JTG/T D65-06-20152015年年12月月1号号实实施施铁铁路路桥桥梁梁钢结钢结构构设计设计规规范范TB 10091-20172017年年5月月1号号实实施施02结构建模关键要点工程概况工程概况本桥为变截面钢桁组合梁连续刚构桥，跨径组合为100m+176m+176m

5、+100m，桥宽16.75m，主桁架桁高5.516m，标准节间水平长12m。两片主桁架弦杆中心距为9.5m，主桥下部结构采用空心薄壁墩，最大墩高106m。采用C50预制混凝土桥面板，桥面板后浇带采用C50自密实微膨胀混凝土，墩顶局部负弯矩区后浇带采用UHPC超高性能混凝土。设计标设计标准：准：1）公路等级：双向六车道高速；2）设计时速：100Km/h；3）设计荷载：公路I级；4）桥梁宽度：216.75m；5）地震设防：峰值0.05g；6）安全等级：一级；建模要点建模要点桥桥面系模面系模拟拟桥桥面系模面系模拟拟：混凝土桥面板采用纵纵横梁梁格体系横梁梁格体系，将桥面板拆分为三个纵梁，横梁通过虚拟横

6、梁连接，混凝土板与上弦杆采用刚臂连接，同时上部结构移动荷载采用横向联系梁加载模式。双双单单元模元模拟拟要点要点：1、双单元模拟方法，适用面较广，对于钢混组合梁、波形钢腹板，钢管混凝土拱桥、桥梁加固等计算，均可以使用；2、两者之间用刚臂连接，可以采用弹性连接刚性，或者刚性连接；3、注意施工阶段激活时候，边界的激活问题。建模要点建模要点双双单单元元扩扩展展说说明明建模要点建模要点双双单单元元扩扩展展说说明明模模拟拟要点要点：索塔：索塔连连接与索梁接与索梁连连接，采用接，采用弹弹性性连连接接刚刚性与性与刚刚性性连连接均可，但是需要注意两者的作用机理，接均可，但是需要注意两者的作用机理，弹弹性性连连接

7、接刚刚性是取性是取模型最大模型最大刚刚度的度的10的的5次方倍，次方倍，刚刚性性连连接是主从接是主从约约束；另外束；另外还还需要注意激活主塔与主梁需要注意激活主塔与主梁时时，直接，直接带刚带刚臂一起激活臂一起激活；建模要点建模要点双双单单元元扩扩展展说说明明模模拟拟要点要点：1、主梁混凝土板与钢结构部分，建模时候可以采用双单元模拟，两者之间用刚臂连接，但是需要划分相对密一些；2、施工过程正装模拟时，在激活钢结构部分，需要一起激活与混凝土刚臂，保证混凝土部分与钢结构变变形形协调协调；3、对于查看结果出现应力锯齿状问题，可以把截面定义中“剪切剪切变变形形”给去掉，这样可以减小深梁效应的影响。建模要

8、点建模要点桁架桁架结结构模构模拟拟注意：注意：全焊钢桁架结点具有很大的刚性，同时由于制作误差，各杆的轴线不一定完全交于一点。所以一般情况，建议上下弦杆、腹板等用梁梁单单元元模拟，联结系可以考虑桁架单元，但是要特别注意桁架单元建模时候，不要中不要中间间有断开有断开节节点点。建模要点建模要点节节点板重量考点板重量考虑虑 计算钢桁结构时候，要特别注意，不能忽略不能忽略节节点板的重点板的重量，这部分占比不小，可以采用节点位置直接施加节点荷载，或者是提高钢结构容容重放大重放大，最后可以通过支反力的大小来检验；类似计算，在悬索桥分析中，主主缆缆的容重的容重也不是78.5，需要有额外的提高；桥面系梁格结构的

9、虚虚拟拟横梁横梁，容重可以定义为0，同时不考虑其横向温度计收缩徐变作用，不考虑其线膨胀系数。边边界要点：界要点：墩梁固结位置采用主从性刚性连接，墩顶作为主节点，桁架下平联作为从属节点。保证墩顶桁架的节点的耦合，避免应力峰值。支点位置底部混凝土采用板单元模拟，采用梁板梁板组组合合结结构构模拟；建模要点建模要点边边界模界模拟拟建模要点建模要点支点位置支点位置UHPC模模拟拟支点位置模支点位置模拟拟：1、支点位置，采用UHPC混凝土板，更多是为了减小支点位置混凝土板的开裂问题，提高混凝土耐久性；2、思考：对于抗拔不抗剪剪力钉的结构，如何做才能更好模拟结构真实受力呢？建模要点建模要点支点位置混凝土开裂

10、模支点位置混凝土开裂模拟拟首先对于规范原文的理解，计算开裂截面的惯性矩，不考虑受拉区混凝土对刚度的影响。如右图断面所示，可以采用等效弹性模量的方法来模拟，求得换换算等效算等效弹弹性模量性模量后，替换混凝土材料的弹性模量即可，当然还需要注意一个问题，就是开裂范围的准确模拟。建模要点建模要点梁板梁板组组合合结结构构扩扩展展说说明明类类似似结结构模构模拟拟：顶顶板、底板、腹板可以用板板、底板、腹板可以用板单单元，加元，加劲劲肋可以用梁肋可以用梁单单元。元。建模要点建模要点移移动动荷荷载载定定义义竖竖向基向基频频 1.14注意要点：注意要点：新通用规范车道-I级的集中荷载Pk值，当小于5m时，由原规范

11、180KN提高至270KN；新通用规范的多车道折减系数，单车道由原规范的1.0提升至1.2；需要注意是，车道荷载计算时候当考虑剪力效应时候，集中荷载Pk值需要乘以放大系数1.2；建模要点建模要点移移动动荷荷载载定定义义建模要点建模要点支座沉降定支座沉降定义义思考思考：对对于于4*30m，支点梁高，支点梁高5m，跨中，跨中1.6m，采用，采用变变截面截面现浇现浇箱梁，箱梁，会有什么会有什么问题问题？03施工过程分析要点施工分析要点施工分析要点施工施工过过程模程模拟拟必要性必要性一次成一次成桥桥的内力状的内力状态态悬悬臂施工的成臂施工的成桥桥内力状内力状态态先先简简支后支后连续连续法施工的成法施工

12、的成桥桥内力状内力状态态施工分析要点施工分析要点施工施工过过程模程模拟拟必要性必要性施工分析要点施工分析要点各种位移的含各种位移的含义义当前步当前步骤骤位移，当前位移，当前阶阶段位移，段位移，实际总实际总位移，考位移，考虑预虑预拱度位移的含拱度位移的含义义？施工施工阶阶段模型段模型当前步当前步骤骤位移位移当前当前阶阶段位移段位移阶阶段段/步步骤实际总骤实际总位移位移 当前步骤位移：当前施工阶段结构体系，在当前施工荷载作用下的结构位移。当前阶段位移：直到当前施工阶段，施工荷载产生的累计位移。实际的总位移：考虑构件切向安装的输出位移。施工分析要点施工分析要点各种位移的含各种位移的含义义施工分析要点

13、施工分析要点施工施工过过程分析程分析施工施工过过程程：施工下部：施工下部结结构构缆缆索吊机施工索吊机施工0号段号段对对称施工两称施工两侧钢侧钢桁架桁架节节段段边边跨合跨合龙龙中跨合中跨合龙龙安装安装预预制制混凝土板混凝土板浇浇筑正弯矩区混凝土筑正弯矩区混凝土现浇现浇段段浇浇筑筑负负弯矩区混凝土弯矩区混凝土现浇现浇段段二期二期铺铺装施工装施工考考虑虑十年收十年收缩缩徐徐变变；施工分析要点施工分析要点施工施工过过程混凝土湿重模程混凝土湿重模拟拟模模拟拟要点要点：1、组合梁施工过程模拟时候，一般是先施工钢梁，再施工混凝土桥面板。因此在模拟时候，需要注意，先模先模拟拟混凝土板湿混凝土板湿重重，然后再激

14、活混凝土板，钝化湿重；2、与斜拉桥索梁刚臂模拟类似，双单元组合梁模拟时候，一样先激活先激活钢钢梁梁时时候，同候，同时时激活激活刚刚臂臂，这样可以保证混凝土部分与钢结构部分变形协调。施工分析要点施工分析要点施工施工过过程混凝土湿重模程混凝土湿重模拟拟扩扩展展说说明明1）激活钢梁2）激活湿重1）激活钢梁2）激活湿重施工分析要点施工分析要点施工施工过过程混凝土湿重模程混凝土湿重模拟拟扩扩展展说说明明方法方法1：先激：先激钢钢梁，后同梁，后同时时激活激活刚刚臂和臂和桥桥面板面板方法方法2：先激：先激钢钢梁和梁和刚刚臂，后激活臂，后激活桥桥面板面板施工分析要点施工分析要点如何考如何考计计算最大算最大悬悬

15、臂状臂状态态的屈曲模的屈曲模态态施工分析要点施工分析要点如何考如何考计计算最大算最大悬悬臂状臂状态态的屈曲模的屈曲模态态结结果果：一一阶阶屈曲模屈曲模态为态为4号墩号墩顺桥顺桥向失向失稳稳，其特征，其特征值值系数系数为为19.1大于大于4.0，满满足足规规范要求。范要求。04计算结果提取说明最大最大悬悬臂状臂状态态上下弦杆上下弦杆应应力（力（MPa）最大最大悬悬臂状臂状态态腹杆腹杆应应力（力（MPa）收收缩缩徐徐变结变结束状束状态态上下弦杆上下弦杆应应力（力（MPa）收收缩缩徐徐变结变结束状束状态态腹杆腹杆应应力（力（MPa）施工施工阶阶段静力段静力计计算算结结果果根据施工根据施工过过程程计计

16、算算结结果，考果，考虑节虑节段桁架段桁架悬悬臂拼装施工模臂拼装施工模拟拟，考，考虑虑切向切向位移，跨中最大位移，跨中最大变变形形发发生十年收生十年收缩缩徐徐变阶变阶段，段，为为-22.7cm。施工施工阶阶段段变变形形计计算算转转体施工体施工扩扩展展说说明明思考思考：对对于于转转体施工，上部体施工，上部结结构主梁构主梁处处于曲于曲线线上，如何上，如何确定球确定球铰铰向内的偏心距离？向内的偏心距离？1.1基本基本组组合作用上下弦杆合作用上下弦杆应应力（力（MPa）1.1基本基本组组合作用腹杆杆合作用腹杆杆应应力（力（MPa）移移动动荷荷载载作用作用结结构构变变形（形（mm）1.1基本基本组组合作用

17、上下平合作用上下平联联杆杆应应力（力（MPa）跨中最大挠度为 35mm，小于352mm成成桥桥状状态验态验算算最大正应力在支点位置上弦杆，最大应力273MPa，小于385MPa。考考虑虑50cm初始缺陷初始缺陷考考虑虑几何非几何非线线性与材料非性与材料非线线性，性，绘绘制分制分阶阶段荷段荷载载位移曲位移曲线线，求得二，求得二类稳类稳定特征定特征值值系数系数5.2，大于，大于2，满满足足规规范要求。范要求。考考虑虑双非双非线线性二性二类稳类稳定分析定分析 对于大跨高塔悬索桥需要考虑整体稳定分析，从规范角度控制，一类稳定系数要大于大于4，二类稳定系数要大于大于2；可以采用全桥模型计算，也可采用局部

18、主塔模型计算，一般局部主塔模型计算结果大于全桥模型结果，因为全桥模型中主塔顶部有索鞍索鞍约约束束；全桥稳定计算中，索单元要转化为桁架；问题问题思考：如何考思考：如何考虑虑高塔的非高塔的非线线性性稳稳定？定？问题问题思考：如何考思考：如何考虑虑大跨拱大跨拱桥桥的非的非线线性性稳稳定？定？根据公路钢结构桥梁设计规范（JTG D642015）第5.5节抗疲劳设计，本次选用疲劳荷载计算模型（对应于无限寿命设计方法），对结构进行疲劳验算，桁架梁的疲桁架梁的疲劳验劳验算算根据公路钢结构桥梁设计规范（JTG D642015）附录C疲劳细节，本桥的疲劳细节类别考虑为100，那么根据该规范5.5.3条与5.5.

19、4条，疲劳应力幅限值为：疲劳-考虑多车道折减。提取疲劳荷载下上下弦杆的活载应力幅最大为35MPa，腹杆为27MPa，平联为41MPa，小于54.6MPa。剪应力疲劳应力幅最大为19MPa，小于43.68MPa。桁架梁的疲桁架梁的疲劳验劳验算算桁架桁架结结构构应应用与思考用与思考工程概况工程概况：八盘峡大桥，主桥采用主跨265m矮塔斜拉-刚构组合桥方案，桥宽36.1m，主梁采用波形钢腹板，为同类型桥梁世界最大跨度。为合理控制内力，中跨跨中60m范围内采用钢桁梁结合梁方案，形成混合梁主梁形式，八盘峡大桥桥塔高达160m，桥面距离地面120m，抗震设防烈度8度，0.3g。桁架桁架结结构构应应用与思考用与思考THANKS!2022年年6月月9日（本周四）日（本周四）变变高高钢钢桁桁组组合梁抗震合梁抗震计计算算3学学时时 2020新版本公路桥梁抗震规范 反应谱函数 E1、E2验算流程个人个人报报名名单单位位报报名名下期下期预预告告向杰向杰MIDAS IT 技技术术中心中心抽抽奖奖一等一等奖奖（2人）人）价价值值100元元定制定制U盘盘二等二等奖奖（3人）人）三等三等奖奖（5人）人）美美小美美小风风扇扇