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基于有限元分析的人行天桥研究

发布于:2016-02-07 15:38
有限元分析

      人行天桥一般建造在车流量大的人行密集段,用于避免车流和人流的平面冲突,确保行人安全,提高城市道路通行能力。钢结构斜拉式人行天桥在国内使用较少,钢结构人行天桥在长期使用之后会出现表面腐蚀、焊缝脱落、局部开裂等问题,人行天桥的承载能力和安全性能会因此受到影响,因此需要定期对钢结构人行天桥的承载力及性能进行检测。研究对昆明市某干道上的人行天桥进行静载试验,测定桥跨结构的静力效应( 静应变、静位移等) ,通过荷载试验和有限元分析全面了解该桥现阶段存在的病害、缺陷,并对桥梁结构承载能力及工作性能进行整体检测与评价,评估其技术状况及现阶段工作存在的安全隐患,提出相应的维修、维护建议。
      该人行天桥自1997 年建立,使用至今近17年。天桥主跨为钢箱梁结构,斜塔对称稀索斜拉,斜拉桥主跨,总跨度为,桥面宽近。主跨桥面铺装为花纹钢板,钢板表面铺设有一层橡胶垫,其余走道处桥面为细石混凝土,混凝土表面设置防滑条。主桥结构采用钢结构,材料为热轧钢板及热轧槽钢、角钢等。拉索采用钢绞线,外包热轧无缝钢管。天桥实景如图所示依据设计图纸和结构受力特点,借助桥梁有限元分析AppANSYS。建立斜拉杆钢箱梁式人行天桥的模型,梁柱构件均采用梁单元模拟,桥面板、栏行天桥工作时主要承受行人荷载及结构自重,属于静力荷载。根据影响线计算出天桥在最不利荷载布置下产生的内力,取主跨跨中正弯矩最大截面为试验控制截面,并在桥跨内布置沙袋,以得到跨中截面最大正弯矩。计算出试验加载产生的内力与设计荷载产生的理论内力比值即荷载效率,使之满足桥梁检测评定规范的要求。
      人行天桥走道桥面两侧均设置有栏杆,现场检测未发现扶手及栏杆有构件脱落、弯曲变形等异常现象,但多处桥面扶手、栏杆存在漆膜脱落、锈蚀现象。桥面设有落水孔,检测时落水孔处未见相应明落水管。钢箱梁未出现明显下挠、扭曲变形现象。
      对某人行天桥进行静载试验并采用有限元App进行建模分析计算,得出以下结论:
      1) 该桥使用时间较长,应对存在漆膜脱落、锈蚀部位的索塔、扶手及栏杆、钢箱梁进行必要的修复处理,增设相应的限高及其他交通标识,必要时应加装相应的落水管,收紧已松动的拉索;
      2) 最不利荷载布置工况下,主跨跨中截面下缘出现最大拉应力,最大压应力出现在桥墩处箱梁截面下缘;
      3) 检测截面应力校验系数均小于1,说明结构强度满足设计要求,校验系数值较小,可见主梁的实际抗弯刚度较大,结构理论计算偏于安全,天桥结构工作性能良好,承载能力有富余;
      4) 相对残余应变在1.1%-1.6%之间,远小于限值,安全储备较大;
      5) 有限元分析能有效地运用于斜拉式钢结构天桥整体结构的安全评价。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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