1、Theoretical Research理論研究大 跨度 鋼桁架橋梁的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)周 敏 鄭州市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院 ,河南鄭州450000摘 要 鋼桁架橋梁的 使用主要在一些公路橋梁中 ,在城市規(guī)劃建設(shè)中使用較少.但是近些年來隨著城市道路的 快速發(fā)展和鐵道事業(yè)不斷推進(jìn) ,大 跨度 的 鋼桁架梁橋也得到了 很大 的 發(fā)展.鑒于大 跨度 鋼桁架橋梁在使用中施工方 便和能夠承載較大 的 交通量的 優(yōu)勢(shì) ,給城市中橋梁建設(shè)提供了 更多的 選擇.在本文中 ,詳細(xì)的 介紹了 大 跨度 鋼桁架 橋梁的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn) ,包含有橋梁結(jié)構(gòu)的 構(gòu)造要求 ,通過使用有限元軟件的 分析方式 ,對(duì)于大 跨度 鋼桁架梁橋

2、的 設(shè) 計(jì)要點(diǎn)和結(jié)構(gòu)承載進(jìn)行討論.關(guān) 鍵 詞 大 跨度 鋼橋 ;大 鋼桁架橋梁 ;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ;橋梁設(shè)計(jì)中圖分類號(hào) U44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708(2014)123-0069-02在城市的 發(fā)展過程中 ,對(duì)于交通的 需求不斷提升.在遇 到自然阻礙的 情況下需要不斷提高工程的 智慧來完成實(shí)際的 需 要.面對(duì)江河的 阻隔 ,架設(shè)橋梁方面就需要改變以往的 設(shè)計(jì)思 路.這樣的 情況下 ,大 跨度 鋼桁架橋梁就應(yīng)運(yùn)而生.下面我們 對(duì)大 跨度 鋼桁架橋梁的 結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì).1 工程結(jié)構(gòu)概況某橋梁的 整體結(jié)構(gòu)選用下承式大 跨度 鋼桁架橋梁 ,在橋 梁的 上部結(jié)構(gòu)中包括有橋面結(jié)構(gòu)、主桁架、橋

3、梁連接體和橋梁 支座等五個(gè)主要部分.大 跨度 鋼桁架橋梁橋面鋪裝結(jié)構(gòu)使用厚 度 為 30厘米 的 鋼筋混凝土連續(xù)板 ,并在鋼筋混凝土上面鋪設(shè)有 3厘米 6厘米 的 防水層和 6厘米 的 瀝青混凝土層.整體的 橋面板上 采用 16 個(gè)現(xiàn)澆鋼橫梁.橋梁的 上部結(jié)構(gòu)中所選用的 混凝土強(qiáng) 度 為 C45,承受荷載的 鋼筋為 HRB450,構(gòu)造筋為 HRB400.大 跨度 鋼桁架橋梁的 橋面結(jié)構(gòu)由鋼橫梁和縱梁組成.相比 于一般跨徑的 傳力結(jié)構(gòu)相似 ,大 跨度 鋼桁架橋梁通過橋面將荷 載向下傳遞(縱梁 - 橫梁),通過傳力節(jié)點(diǎn)最終分布在鋼桁架 桿件中.在橋面的 鋼桁架的 橫梁中有 16 道 ,斷面采用工字

4、型 的 焊接鋼 ,尺寸為 2 80060,1 85050(單位 米米).因 考慮到橋梁的 結(jié)構(gòu)為大 跨度 ,承受的 荷載較大 ,所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 時(shí)采用混凝土和鋼架共同受力的 模式 ,同時(shí)在鋼架頂端設(shè)置有 螺栓剪力鍵 ,更好的 使混凝土和鋼架共同受力.橋梁的 連接體的 作用是使得橫梁和縱梁能夠在風(fēng)荷載的 作 用下保持穩(wěn)定性 ,并且能在地震的 作用下有一定的 抗傾覆能力. 因此在結(jié)構(gòu)中使用上弦支撐和水平支撐.支撐選用 H 型鋼.鋼 材選用 300300.在大 跨度 鋼桁架橋梁中 ,主桁架是最為重 要的 承力結(jié)構(gòu).考慮到大 跨徑梁橋的 長度 普遍較長 ,所使用的 腹桿強(qiáng)度 較大 ,不能使用鋼筋混凝土結(jié)

5、構(gòu) ,在本設(shè)計(jì)中 ,選用 高強(qiáng)度 的 連接系桿.連接系桿一般不采用工資型鋼 ,而使用高 強(qiáng)螺栓連接 ,并用焊接工字型截面焊接在一起 ,以此來達(dá)到設(shè) 計(jì)的 強(qiáng)度 ,也便于工程的 施工.2 大 跨度 鋼桁架橋梁有限元分析在大 跨度 鋼桁架橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中 ,由于跨度 較大 ,受 力桿件較多 ,在計(jì)算過程中較為復(fù)雜.選用有限元軟件對(duì)鋼桁 架受力結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析.在建立有限元模型的 過程中 ,從平面結(jié) 構(gòu)和立體結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面進(jìn)行 ,在結(jié)合兩種的 模型建立方式的 不 同 ,得出最為貼合工程實(shí)例的 大 跨度 鋼桁架橋梁模型.并將平 面模型導(dǎo)入結(jié)構(gòu)程序中進(jìn)行計(jì)算.得到兩跨對(duì)稱的 橫向布置參 數(shù) ,并在人行道中設(shè)

6、置有防撞墩臺(tái).在跨中處的 桁架的 橫向影 響線的 計(jì)算中考慮有最不利荷載分布 ,進(jìn)一步對(duì)跨中處的 桁架受力進(jìn)行分析.在空間模型的 分析過程中 ,將上弦和下弦結(jié)構(gòu)分離開來進(jìn) 行分析 ,考慮到了 腹桿和斜腹桿的 受力結(jié)構(gòu) ,對(duì)于有限元中的 每個(gè)單元體進(jìn)行分析得到橫向和縱向量的 單元信息 ,并.在考 慮到上部結(jié)構(gòu)荷載(橋面荷載、橋面鋪裝、人行道、防撞墩臺(tái) 永久荷載、可變荷載)的 分布情況 ,根據(jù)折減系數(shù)的 計(jì)算之后 , 轉(zhuǎn)換到各個(gè)單元當(dāng)中.由設(shè)計(jì)的 結(jié)果可以看出 ,平面結(jié)構(gòu)和空 間結(jié)構(gòu)所得出的 桁架受力結(jié)構(gòu)模型的 計(jì)算結(jié)構(gòu)相似 ,計(jì)算結(jié)果 正確.而且在使用有限元設(shè)計(jì)軟件中得出的 大 跨度 鋼桁架橋梁

7、 結(jié)構(gòu)分析數(shù)據(jù) ,都會(huì)比桿件的 容許應(yīng)力小 .在軟件分析中 ,還 進(jìn)行鋼桁架各個(gè)桿件的 連接承載能力和連接使用疲勞性實(shí)驗(yàn) , 都能通過公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ025-86 中 所制定的 要求 ,保證各桿件的 設(shè)計(jì)強(qiáng)度 的 情況下疲勞強(qiáng)度 都要 小 于設(shè)計(jì)容許應(yīng)力.最為橋梁的 稱重部件 ,橫梁在設(shè)計(jì)的 過程中簡化為鋼和混 凝土的 結(jié)合體進(jìn)行考慮 ,在一期荷載當(dāng)中主要由鋼桁架進(jìn)行承 擔(dān)所有的 外部荷載 ,在二期恒載和活載計(jì)算中 ,荷載由橋梁的 縱向梁和混凝土上部面板共同承擔(dān).當(dāng)荷載的 分布情況使用有 限元軟件分析出來之后 ,需要對(duì)于每個(gè)橋梁的 應(yīng)力階段進(jìn)行驗(yàn) 算 ,其中包括有應(yīng)力的 驗(yàn)

8、算、撓度 的 驗(yàn)算、抗壓驗(yàn)算、抗拉驗(yàn) 算 ,抗彎驗(yàn)算和系統(tǒng)整體穩(wěn)定性的 驗(yàn)算.在滿足了 這些承載力 的 設(shè)計(jì)要求才能進(jìn)行下一步的 設(shè)計(jì)工作.此外 ,還要特別強(qiáng)調(diào) 的 是 ,不同于一般的 鋼桁架梁橋 ,在大 跨度 鋼桁架梁橋的 設(shè)計(jì) 當(dāng)中還要對(duì)于高強(qiáng)螺栓的 鉚釘剪力鍵進(jìn)行容許力驗(yàn)算 ,在通過 彈性模量和塑性指標(biāo)的 分析之后,計(jì)算出合適的 鉚釘承載能力, 從而計(jì)算出使用鉚釘?shù)?數(shù)量.3 大 跨度 鋼桁架橋梁的 模態(tài)分析模態(tài)分析是動(dòng)力學(xué)分析中很重要的 基礎(chǔ)分析 ,是諧響應(yīng)分 析 ,瞬態(tài)分析及反應(yīng)譜分析等其他動(dòng)力學(xué)分析的 起點(diǎn).模態(tài)分 析一般用來確定結(jié)構(gòu)的 振動(dòng)特性 ,來計(jì)算結(jié)構(gòu)的 固有頻率和主 振型

9、.這些參數(shù)即是結(jié)構(gòu)承受動(dòng)力荷載作用下的 重要參數(shù) ,同 時(shí)也是結(jié)構(gòu)其他各類型動(dòng)力學(xué)分析的 基礎(chǔ) ,而在模態(tài)分析中 , 低階振型對(duì)結(jié)構(gòu)起控制作用 ,文中采用大 型通用有限元軟件 ANSYS,采用子空間迭代法進(jìn)行橋梁模態(tài)分析.剛桁架橋的 第一階振型以豎向?qū)ΨQ彎曲為主 ,自振頻率為 0.94053Hz,自振周期為 1.0632s.自振周期長 ,固有頻率低 , 此振型在剛桁架橋的 地震響應(yīng)中占了 很大 的 比例 ;剛桁架橋的 反對(duì)稱豎彎出現(xiàn)的 比較早 ,自振頻率為 1.3191Hz,自振周期為 0.7581s.此階振型對(duì)鋼桁架橋的 豎向地震反應(yīng)影響很大 ;該作者簡介 ：周敏 ,工程師 ,研究方向 ：橋

10、梁工程6920149(下)科技傳播理論研究 Theoretical Research橋較早出現(xiàn)的 振型是以豎橋向?yàn)橹?,說明該剛桁架橋?qū)ωQ向地 震動(dòng)作用較為敏感.4 大 跨度 鋼桁架橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法1)現(xiàn)有的 很多大 型建筑物所采用的 結(jié)構(gòu)為大 跨徑式 ,跨 徑不斷的 增加就要考慮在結(jié)構(gòu)物的 自重方面進(jìn)行改良 ,傳統(tǒng)的 鋼筋混凝土材料已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的 建筑要求.這就需要在大 跨徑橋梁結(jié)構(gòu)中使用鋼桁架.這就可以降低結(jié)構(gòu)物的 自重 ,提 高大 跨徑橋梁的 結(jié)構(gòu)剛度 ,對(duì)于抗震方面的 性能也有很大 的 提 升.在設(shè)計(jì)規(guī)范中 ,將鋼桁架支撐結(jié)構(gòu)的 抗震等級(jí)由普通的 三 級(jí)提高到抗震二級(jí) ,對(duì)于一些重

11、要的 建筑物或是地震多發(fā)區(qū)橋 梁結(jié)構(gòu)需要將整體結(jié)構(gòu)的 剛度 提高到抗震一級(jí) ;2)在對(duì)于大 跨徑橋梁的 結(jié)構(gòu)分析中 ,對(duì)于受力結(jié)構(gòu)使用 力學(xué)模型進(jìn)行分析 ,在建立力學(xué)模型中常使用 2D 和 3D 進(jìn)行模 擬 ,使用的 分析軟件有 SATWE,P米SAP 及 ETABS.根據(jù)這些軟 件的 模型建立及模擬 ,最終得到橋梁結(jié)構(gòu)中桿件的 受力分配情 況 ,并根據(jù)桿件之間的 位移來對(duì)內(nèi)力進(jìn)行分析研究 ,以達(dá)到對(duì) 橋梁結(jié)構(gòu)的 整體分析 ,并結(jié)合鋼桁架橋梁和周邊的 環(huán)境特點(diǎn) , 設(shè)計(jì)出最為合理的 橋梁模型 ;3)尤為注意的 是 ,在橋梁結(jié)構(gòu)分析中 ,使用 P米SAP 相關(guān) 的 分析系統(tǒng) ,對(duì)于主跨部分的 模

12、擬分析 ,包括對(duì)主跨的 結(jié)構(gòu)抗 震分析和風(fēng)荷載情況下的 受力分析 ,考慮到受力平面不均勻分 布、樓板處不連續(xù)等不利因素 ,整合考慮橋梁在不利荷載下的 工作情況 ,在結(jié)合這些分析數(shù)據(jù)之后 ,在一些結(jié)構(gòu)承載薄弱的 位置增設(shè)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)系桿或是其他組合結(jié)構(gòu) ,來保證在地震作用 和風(fēng)荷載的 作用下能保證橋梁整體的 穩(wěn)定 ;4)整體結(jié)構(gòu)內(nèi)力配筋計(jì)算均采用彈性樓板模式進(jìn)行分析 ,充分考慮大 跨度 躍橋面板、橋梁箱室等腹板震動(dòng)對(duì)周邊結(jié)構(gòu)構(gòu) 件產(chǎn)生的 不利影響 ; 同時(shí)對(duì)于腹板不連續(xù)的 樓層 ,通過加大 相 應(yīng)腹板厚度 、提高腹板配筋率、采取雙層雙向配筋等加強(qiáng)措施 , 以確保水平荷載的 有效傳遞.5 結(jié)論在橋梁建

13、設(shè)當(dāng)中 ,考慮到跨度 和施工的 方式等因素 ,選用 不同的 橋型進(jìn)行施工.對(duì)于本文中提到的 大 跨徑鋼桁架橋梁的 使用也越來越多.在本文中 ,詳細(xì)的 介紹了 該橋型的 優(yōu)勢(shì) ,并 提出了 使用該橋型的 技術(shù)特點(diǎn).使用有限元的 分析軟件對(duì)于橋 梁的 整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析 ,最終得出各個(gè)單元體的 承載信息 ,在 模態(tài)分析的 角度 下保證鋼桁架梁橋的 穩(wěn)定性 ,為大 跨度 鋼桁架 梁橋的 建設(shè)做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作.不容忽視的 是 ,在橋梁的 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)中還要添加有橋梁后期的 檢測(cè)任務(wù) ,將檢測(cè)也納入橋梁的 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中 ,以形成橋梁設(shè)計(jì)、施工、使用和檢測(cè)為一 體的 模式.參考文獻(xiàn)1占智貴.基于ANSYS

14、對(duì)大 型剛桁架橋的 模態(tài)分析S.低 溫建筑技術(shù),2011,10(11)：123-124.2姜麗梅,江阿蘭.基于ANSYS對(duì)鋼桁架梁橋的 靜動(dòng)力分 析S. 低溫建筑技術(shù),2012,13(22)：230-233.3王偉.鐵路鋼桁梁橋的 詳細(xì)有限元分析研究D.成都： 西南交通大 學(xué),2004,12(15)：119-121.4李軍.斜拉橋ANSYS結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析S.甘肅科技, 2011,4(15):189-190.(上接第68頁)電池浮充電壓的 基礎(chǔ)上 ,允許略高于額定值 ,但不得高于母線 額定電壓的 10,對(duì)采用電磁機(jī)構(gòu)作為負(fù)荷的 合閘母線 ,允許 到 115%.對(duì)新設(shè)計(jì)的 站 ,如果負(fù)荷情況允許

15、 ,在其它非正常 浮充運(yùn)行方式下 ,控制母線和合閘母線電壓的 變化范圍應(yīng)控制 在 85% 110% ;2)整流裝置電源不應(yīng)少于兩個(gè)交流電源 ;3)蓄電池正常情況下應(yīng)進(jìn)行浮充 ,每三個(gè)月應(yīng)進(jìn)行一次 均衡充電 ;具備微機(jī)控制功能的 充電裝置按所整定的 時(shí)間 ,控 制充電裝置自動(dòng)進(jìn)行均衡充電 ;4)每次巡視時(shí)應(yīng)對(duì)蓄電池進(jìn)行普測(cè).兩次巡視間隔小 于30 天時(shí)可不再次進(jìn)行普測(cè) ;5)直流系統(tǒng)不允許在存在接地的 情況下長期運(yùn)行 ;6)浮 充運(yùn) 行的 蓄電 池電 壓應(yīng)保 持廠 家規(guī) 定值 ,無廠 家說明書時(shí) ,按以下值進(jìn)行控制 ：閥控式密封鉛酸蓄電池 ： 2.230.02V(13.44V-13.68V) 高

16、倍率鎘鎳蓄電池 GNG 系列 ：1.36 1.40V GNY 圓柱型鎘鎳蓄電池 ：1.36 1.40V ;7)運(yùn)行前檢查進(jìn)行充電設(shè)備各種功能的 傳動(dòng)試驗(yàn) ,過壓、欠壓、斷相、 過流保護(hù)、自動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換功能等 ;對(duì)絕緣監(jiān)察進(jìn)行傳動(dòng)試驗(yàn) , 如果系統(tǒng)采用微機(jī)接地自動(dòng)檢測(cè)裝置 ,驗(yàn)收時(shí)必須對(duì)各路的 定 值進(jìn)行校驗(yàn) ,裝置必須具有排除對(duì)地電容的 能力 ;直流屏的 各 種表計(jì)和開關(guān)、熔斷器等應(yīng)具有相應(yīng)的 名稱和標(biāo)識(shí) ,字跡清楚、 標(biāo)識(shí)完整 ;檢查蓄電池外表應(yīng)無裂痕,各種連接端子應(yīng)無松動(dòng), 并普測(cè)蓄電池的 端電壓 ;檢查初充電的 記錄 ,并做好保存 ;施 工中使用過的 蓄電池 ,投運(yùn)前應(yīng)重新進(jìn)行一次充放電 ;蓄電池 應(yīng)有編號(hào) ,正負(fù)極連接應(yīng)正確 ,并有明顯標(biāo)志.參考文獻(xiàn)1劉燕歌.提高配電網(wǎng)供電可靠性的 措施分析J.黑龍江 科技信息,2011(22).(上接第49頁)社會(huì)力量積極協(xié)助的 立體性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)架構(gòu).3 結(jié)論隨著有線電視技術(shù)的 發(fā)展和普及 ,廣播電視的 數(shù)字化技術(shù) 的 引入 ,農(nóng)村公共服務(wù)體系的 不斷建設(shè)完善 ,有線電視已經(jīng)成 為農(nóng)村人獲取信息的 主要來源.因此 ,有線電視信號(hào)質(zhì)量的 好 壞決定了 農(nóng)村人獲取信息的 多少.隨著生活水平的 提高 ,有線 電視業(yè)務(wù)的 服務(wù)也就有了 更高的 要求 ,這就要求有線