混合梁斜拉桥钢混结合段疲劳模型设计及有限元分析

2×1.82×1.81.751.751.751.75128.78.72414×13.438图2　疲劳加载车（1DF4+14C64）图（单位：m）图3　全桥杆系有限元模型图表1　钢混结合段结合面在疲劳荷载各工况作用下应力值（单位：MPa）工况顶板格式（MPa）底板格式（MPa）结合面左结合面右结合面左结合面右σst上σst下σb上σb下σst上σst下σb上σb下最大正轴力0.1040.0160.1170.0200.1880.0300.1900.033最大负轴力-3.951-0.595-4.435-0.595-6.590-1.136-7.198-1.241最大正剪力0.1130.0170.1240.0220.2010.0350.2160.037最大负剪力-4.214-0.334-2.500-0.819-4.047-0.697-4.340-0.748最大正弯矩0.2960.0420.3130.0540.5830.1000.6080.105最大负弯矩-4.214-0.632-4.711-0.819-7.113-1.226-7.742-1.33520932/299177457008×6003009009003×6003002%2.012226189449776916×8005002.571128872282979005002×8006594/213142822862813141584180015864970R600图1　钢混结合段1/2截面图由钢梁、混凝土梁、承压板、剪力连接件及预应力0　引　言钢筋组成，结构复杂，传力途径多，是桥梁结构刚度的突变处。目前，国内各学者对钢混结合段进行世界上第一座混合梁斜拉桥建造于1972年，是了大量的模型试验研究，但各桥中钢混结合段结构西德的库尔特-舒马赫（Kurt-Schümacher）桥，主[1-3]形式不一，很难形成统一的参考资料。随着高速铁跨跨度达287.04m。之后在欧洲国家掀起了混合路行车速度，负载的增大，相对于公路桥梁，铁路[4]梁斜拉桥建设的热潮，以法国诺曼底大桥为代桥梁的车辆活载所占比重更大，列车引起的桥梁振表。20世纪80年代中期，日本桥梁工程师在其他国动也较大，所以疲劳问题更为突出。钢混结合段在家原有的造桥技术基础上进行改进，建造了多座大巨大的重复的列车荷载的作用下，各构件都存在一跨径混合梁斜拉桥，以秩父桥、十胜中央桥及多多定的疲劳问题，所以对铁路桥梁钢混结合段疲劳性[5]罗大桥为代表。1997年，我国建造了国内首座混能的研究是十分有必要的。合梁斜拉桥——徐浦大桥，拉开了我国混合梁斜拉桥建设的新篇章。在我国，混合梁斜拉桥主要被用1　工程背景于公路桥梁中，却极少使用在铁路桥梁中。本文以我国首座铁路混合梁斜拉桥——宁波甬混合梁斜拉桥主跨一般采用钢梁，边跨或伸入江大桥为研究背景，主要介绍了该桥钢混结合段疲主跨的主跨一部分采用混凝土梁。中跨采用钢箱梁劳模型试验设计的过程。宁波甬江大桥主跨468m，自重较轻，可以增加桥梁的跨越能力；边跨采用混采用一跨过江的形式，中跨主梁419m采用钢箱梁，凝土梁自重较大可以平衡中跨的荷载，避免支座产边跨及伸入主跨的一部分采用混凝土箱梁。大桥钢生负支反力，同时具有增加桥梁整体刚度的作用。混结合段设置在桥塔附近的主梁处，采用的是后承钢混结合段是混合梁斜拉桥的关键构造之一，主要压板-有格室式构造。后承压板厚60mm，将标准钢作用是连接中跨的钢梁和边跨的混凝土梁，使得两箱梁段传来的内力按一定比例分配给结合段的钢梁者间的内力及变形能得到平顺传递。钢混结合主要混合梁斜拉桥钢混结合段疲劳模型设计及有限元分析周　阳　蒲黔辉（西南交通大学土木工程学院　四川成都　610031）【摘　要】铁路混合梁斜拉桥较公路桥承受更大的动载作用，钢混结合段是混合梁斜拉桥关键构造之一，其疲劳性能直接影响桥梁的安全运营情况。本文以我国首座铁路混合梁斜拉桥——宁波甬江大桥为背景，通过应力等效原则以及结合梁的计算分析理论，对钢混结合段疲劳模型试验进行了设计和研究。最后对确定的疲劳试验模型，建立试验模型的有限元分析模型与实桥结构的受力情况进行了等效分析，结果表明，试验模型与实桥结构等效性较好，结合段局部足尺模型试验能反映出实桥中结合段的受力情况。【关键词】混合梁斜拉桥；钢混结合段；疲劳模型设计【中图分类号】U441.4【文献标识码】A【收稿日期】201510【作者简介】周阳（1987-），女，四川成都人，博士研究生，主要从事大跨度桥梁结构行为研究。--28和混凝土。在钢格室顶板、底板设置规格为Φ系数加以考虑。综合双线系数的计算公式及英国规22mm的剪力钉，在腹板设置内插钢筋为Φ25mm的范的规定，最终确定双线系数1.47。PBL剪力键，剪力钉和PBL剪力键的作用是将钢混结合段中钢梁分配的内力传递给混凝土梁。钢混结合段1/2截面图如图1所示。2.3　钢混结合段结合面应力值计算钢混结合面是结合段钢和混凝土结合处，受力较大，是结合段的薄弱处，所以疲劳模型试验主要考虑结合面处的应力等效。疲劳应力幅是影响结构疲劳性能的主要因素，采用有限元分析软件MIDAS/CIVIL建立宁波甬江大桥全桥有限元模型，采用前面确定的疲劳加载车辆进行加载，考虑双线系数的影响，可计算分析得出疲劳试验模型的2　模型试验设计最不利加载工况。宁波甬江大桥实桥的有限元模型2.1钢混结合段试验模型比例选择如图3所示。在焊接试件中，相同的细部构件随着试件尺寸的增加，其疲劳性能却有大幅度的下降，说明足尺疲劳模型试件的疲劳强度受初始缺陷和残余应力等因素的影响远比小尺寸试件来得严重。所以，20世纪70年代以来，考虑到缩尺模型试件不能完全反映焊接质量、残余应力等因素对结构疲劳强度的影钢混结合面在各工况下的应力计算值见表1。响，国内外学者都采用足尺模型对构件进行疲劳试从表1可以看出，最大和最小应力为最大正负弯矩验研究。工况下的计算值，可以得出正负最大弯矩是结构疲同时，考虑到宁波甬江大桥钢混结合段的尺寸劳试验的加载工况。及传递的内力巨大，现有的试验设备不能完成全截面足尺模型的加载。并且宁波甬江大桥钢混结合段采用的是有格室式构造，各格室间有相对独立的设计，因此试验采用关键截面应力等效的原则，选择一个或多个格室进行足尺模型试验研究。2.2　实桥疲劳加载车辆的选取铁路桥梁疲劳验算应该采用经常作用在结构上的车辆荷载，而不是强度计算采用的中－活载，我国目前还没有铁路桥梁疲劳验算的标准疲劳车，鉴于此，本试验采用(1DF4+14C64)即(6×230+14×4×230)kN（合计：1426t）组成的车列，作为疲劳加载车辆，C64车辆是我国目前铁路上运营较重的车辆，采用该荷载是安全的。疲劳加载车辆图如图2所示。注：表中、、和分别为原桥钢箱梁截面上下缘的应力和混凝土上下缘的应力值。计算时先按单线加载考虑，双线的影响用双线　σσσσst上st下b上b下2016年第1期西南公路周阳，蒲黔辉：混合梁斜拉桥钢混结合段疲劳模型设计及有限元分析34352×1.82×1.81.751.751.751.75128.78.72414×13.438图2　疲劳加载车（1DF4+14C64）图（单位：m）图3　全桥杆系有限元模型图表1　钢混结合段结合面在疲劳荷载各工况作用下应力值（单位：MPa）工况顶板格式（MPa）底板格式（MPa）结合面左结合面右结合面左结合面右σst上σst下σb上σb下σst上σst下σb上σb下最大正轴力0.1040.0160.1170.0200.1880.0300.1900.033最大负轴力-3.951-0.595-4.435-0.595-6.590-1.136-7.198-1.241最大正剪力0.1130.0170.1240.0220.2010.0350.2160.037最大负剪力-4.214-0.334-2.500-0.819-4.047-0.697-4.340-0.748最大正弯矩0.2960.0420.3130.0540.5830.1000.6080.105最大负弯矩-4.214-0.632-4.711-0.819-7.113-1.226-7.742-1.33520932/299177457008×6003009009003×6003002%2.012226189449776916×8005002.571128872282979005002×8006594/213142822862813141584180015864970R600图1　钢混结合段1/2截面图由钢梁、混凝土梁、承压板、剪力连接件及预应力0　引　言钢筋组成，结构复杂，传力途径多，是桥梁结构刚度的突变处。目前，国内各学者对钢混结合段进行世界上第一座混合梁斜拉桥建造于1972年，是了大量的模型试验研究，但各桥中钢混结合段结构西德的库尔特-舒马赫（Kurt-Schümacher）桥，主[1-3]形式不一，很难形成统一的参考资料。随着高速铁跨跨度达287.04m。之后在欧洲国家掀起了混合路行车速度，负载的增大，相对于公路桥梁，铁路[4]梁斜拉桥建设的热潮，以法国诺曼底大桥为代桥梁的车辆活载所占比重更大，列车引起的桥梁振表。20世纪80年代中期，日本桥梁工程师在其他国动也较大，所以疲劳问题更为突出。钢混结合段在家原有的造桥技术基础上进行改进，建造了多座大巨大的重复的列车荷载的作用下，各构件都存在一跨径混合梁斜拉桥，以秩父桥、十胜中央桥及多多定的疲劳问题，所以对铁路桥梁钢混结合段疲劳性[5]罗大桥为代表。1997年，我国建造了国内首座混能的研究是十分有必要的。合梁斜拉桥——徐浦大桥，拉开了我国混合梁斜拉桥建设的新篇章。在我国，混合梁斜拉桥主要被用1　工程背景于公路桥梁中，却极少使用在铁路桥梁中。本文以我国首座铁路混合梁斜拉桥——宁波甬混合梁斜拉桥主跨一般采用钢梁，边跨或伸入江大桥为研究背景，主要介绍了该桥钢混结合段疲主跨的主跨一部分采用混凝土梁。中跨采用钢箱梁劳模型试验设计的过程。宁波甬江大桥主跨468m，自重较轻，可以增加桥梁的跨越能力；边跨采用混采用一跨过江的形式，中跨主梁419m采用钢箱梁，凝土梁自重较大可以平衡中跨的荷载，避免支座产边跨及伸入主跨的一部分采用混凝土箱梁。大桥钢生负支反力，同时具有增加桥梁整体刚度的作用。混结合段设置在桥塔附近的主梁处，采用的是后承钢混结合段是混合梁斜拉桥的关键构造之一，主要压板-有格室式构造。后承压板厚60mm，将标准钢作用是连接中跨的钢梁和边跨的混凝土梁，使得两箱梁段传来的内力按一定比例分配给结合段的钢梁者间的内力及变形能得到平顺传递。钢混结合主要混合梁斜拉桥钢混结合段疲劳模型设计及有限元分析周　阳　蒲黔辉（西南交通大学土木工程学院　四川成都　610031）【摘　要】铁路混合梁斜拉桥较公路桥承受更大的动载作用，钢混结合段是混合梁斜拉桥关键构造之一，其疲劳性能直接影响桥梁的安全运营情况。本文以我国首座铁路混合梁斜拉桥——宁波甬江大桥为背景，通过应力等效原则以及结合梁的计算分析理论，对钢混结合段疲劳模型试验进行了设计和研究。最后对确定的疲劳试验模型，建立试验模型的有限元分析模型与实桥结构的受力情况进行了等效分析，结果表明，试验模型与实桥结构等效性较好，结合段局部足尺模型试验能反映出实桥中结合段的受力情况。【关键词】混合梁斜拉桥；钢混结合段；疲劳模型设计【中图分类号】U441.4【文献标识码】A【收稿日期】201510【作者简介】周阳（1987-），女，四川成都人，博士研究生，主要从事大跨度桥梁结构行为研究。--28和混凝土。在钢格室顶板、底板设置规格为Φ系数加以考虑。综合双线系数的计算公式及英国规22mm的剪力钉，在腹板设置内插钢筋为Φ25mm的范的规定，最终确定双线系数1.47。PBL剪力键，剪力钉和PBL剪力键的作用是将钢混结合段中钢梁分配的内力传递给混凝土梁。钢混结合段1/2截面图如图1所示。2.3　钢混结合段结合面应力值计算钢混结合面是结合段钢和混凝土结合处，受力较大，是结合段的薄弱处，所以疲劳模型试验主要考虑结合面处的应力等效。疲劳应力幅是影响结构疲