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基于ANSYS的钢箱梁的有限元分析

发布于:2020-06-02 20:48
有限元分析

       随着我国城市化的日益发展和道路交通需求的增加,城市高架道路系统得到了飞速发展。随着钢铁工业和钢结构技术的发展,钢结构立交桥的数量也在不断增加,箱形截面抗扭刚度大、整体性好的特点使得钢箱梁结构在桥梁设计及建造过程中得到广泛的应用,现已成为主梁形式的首选。在市区进行立交工程施工,难兔会阻隔路面交通,对周边环境造成较大的影响,而钢结构立交桥所用的钢箱梁节段可在钢构件加工工厂进行预制加工和防腐喷涂,待加工完成后再运至现场进行焊接安装,可大大缩短工期。所以,从某种程度上来说,钢箱梁立交桥的设计和施工顺应了未来城市立交的发展趋势。
       云溪路转科韵北路跨线桥主桥采用(28+2x39+28)m连续钢箱梁结构,桥梁处于59.1 m的圆曲线及缓和曲线上,桥面宽度为9.03 m-10.8 m翼板宽度为1.915 m-2.8 m,预制箱宽5.2 m(含腹板厚度),箱体净高1.4 m(腹板高)。沿桥梁纵向每隔5.7 m设一道横向强加劲肋,两道强加劲肋之间平均设两道横向弱加劲肋。桥面铺装上层为10 cm,厚沥青混凝土,下层为12 cm厚的C40钢纤维混凝土,两侧防撞栏每侧宽50 cm。
       本次分析计算采用大型通用有限元分析程序ANSYS,箱梁顶板、底板、翼板、腹板、横梁、横向强加劲及横向弱加劲等用空间壳单元Shell63模拟,纵向加劲肋用空间梁单元Beam4模拟,桥面12 cm,厚钢纤维混凝土结合层用三维体单元Solid45模拟,全桥共有187506个空间壳单元,25180个空间梁单元,78814个空间实体单元。钢箱梁5个支点横向均设置双支座,全桥共10个支座,其中1号、2号、4号和5号支点曲线外侧的支座均为竖向约束,曲线内侧的支座沿径向和竖向进行约束;3号支承处曲线外侧的支座沿切向和竖向进行约束,曲线内侧的支座沿径向、切向和竖向进行约束。
       考虑到施工过程结构体系的变化,计算应力的时候采用钢箱梁模型,将结合层作为二期恒载施加于钢梁上,不考虑结合层与钢梁之间的叠合作用,计算挠度时则采用钢一混凝土的叠合梁模型,即在钢箱梁模型的基础上,采用Solid45体单元模拟钢纤维混凝土结合层。
       根据设计图纸,恒载作用下的荷载工况为:钢箱梁和箱内混凝土压重块等效荷载+二期恒载。
       在ANSYS中,通过设定系统重力加速度(g=9.8 N/kg)来实现钢箱梁和结合层部分的自重,支点横梁处混凝土压重及二期恒载则以而均布荷载施加于钢箱梁顶板。
       由于ANSYS程序为通用有限元App,没有按我国公路桥梁设计规范定制的相关荷载及相应的纵横向影响线自动加载功能,因此,需要根据实际情况进行对比计算,确定最不利的加载方式。根据JTG D602004公路桥涵设计通用规范,汽车活载采用公路I级车道荷载。


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