国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

客貨共線(xiàn)鐵路鋼-混結(jié)合連續(xù)梁受力特征計(jì)算分析

2019-11-11 08:15
鐵道建筑 2019年10期
關(guān)鍵詞:運(yùn)梁鋼梁跨度

葛 凱

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所,北京 100081)

鋼-混結(jié)合梁是將鋼梁與混凝土橋面板通過(guò)剪力連接件連接成整體并共同受力的橋梁結(jié)構(gòu)形式,能夠顯著降低自重,并可通過(guò)預(yù)制、拼裝實(shí)現(xiàn)裝配式施工,為我國(guó)鐵路橋梁的發(fā)展提供了新的思路和方向[1-3]。國(guó)外對(duì)鋼-混結(jié)合梁已有了細(xì)致、深入、全面的研究和應(yīng)用,在美國(guó)、日本、法國(guó)鋼和鋼-混組合結(jié)構(gòu)橋分別約占橋梁總數(shù)的35%,41%,85%。美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、加拿大、前蘇聯(lián)等國(guó)家均制定了有關(guān)組合結(jié)構(gòu)橋梁的設(shè)計(jì)規(guī)范或規(guī)程[4-6]。國(guó)外的應(yīng)用實(shí)踐說(shuō)明鋼-混組合結(jié)構(gòu)本身具有一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。我國(guó)鐵路橋梁目前仍以預(yù)應(yīng)力混凝土梁為主,近年來(lái)鋼-混結(jié)合梁尤其是連續(xù)梁在我國(guó)鐵路逐漸得到應(yīng)用和發(fā)展[7]。

秦沈客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)建有(24+32+24)m、(24+2×32+24)m、(32+40+32)m、(40+50+40)m的4種跨度共16聯(lián)鋼-混結(jié)合連續(xù)梁橋,其中(40+50+40)m 連續(xù)梁采用開(kāi)口式雙箱單室等高度截面,其余連續(xù)梁采用雙工字梁截面。蕪湖公鐵兩用長(zhǎng)江大橋主跨為(180+312+180)m的斜拉板桁結(jié)合矮塔斜拉橋,橋面系采用上承式鋼桁梁-混凝土結(jié)合梁。商合杭客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)建有5 跨1 聯(lián)的鋼-混結(jié)合連續(xù)梁橋,采用閉口式單箱雙室等高度截面。合寧客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)建有(40+56+40)m 鋼-混結(jié)合連續(xù)梁,采用單箱單室等高度截面。武漢天興洲公鐵兩用長(zhǎng)江大橋主橋?yàn)椋?8+196+504+196+98)m 的雙塔斜拉橋,下層鐵路橋梁采用下承式鋼桁梁-混凝土道砟槽板組合橋面結(jié)構(gòu)。

工字形、箱形、槽形等截面形式在我國(guó)鐵路橋梁工程領(lǐng)域均有應(yīng)用[8]。箱形截面組合梁橋的抗扭剛度大,同時(shí)鋼箱內(nèi)部封閉性和耐久性較好。表1 對(duì)比分析了開(kāi)口與閉口2 種形式結(jié)合梁的特點(diǎn),經(jīng)比選最終采用閉口雙箱單室截面,如圖1所示。每側(cè)梁端布置4個(gè)支座。

表1 不同截面形式結(jié)合梁特點(diǎn)

圖1 鋼-混結(jié)合梁閉口雙箱單室截面

針對(duì)設(shè)計(jì)速度200 km/h 客貨共線(xiàn)鐵路進(jìn)行截面尺寸擬定和計(jì)算分析,根據(jù)通橋〔2014〕8188A《時(shí)速160 km、200 km 客貨共線(xiàn)鐵路常用跨度箱梁橋面附屬設(shè)施》,橋面寬取11.6 m,懸臂部分寬取2.1 m。正彎矩區(qū)橋面板采用C50 混凝土,負(fù)彎矩區(qū)橋面板采用RPC 混凝土(R130),厚度取 300 mm(懸臂端最薄200 mm)。在負(fù)彎矩區(qū)域的箱梁底部澆筑300 mm 厚的C40混凝土,從而提高整體剛度,減小負(fù)彎矩區(qū)拉應(yīng)力。鋼主梁采用Q345qD 鋼材,每隔4 m 設(shè)置1 道橫隔板,同時(shí)根據(jù)受力需求和構(gòu)造要求設(shè)置橫縱肋板、連接螺栓和剪力釘。對(duì)于(5×40)m 結(jié)合梁采用整孔預(yù)制吊裝先簡(jiǎn)支后連續(xù)的施工工藝,其他跨度的結(jié)合梁采用滿(mǎn)堂支架搭設(shè)、鋼梁節(jié)段拼裝、拆除支架、澆筑混凝土的施工工藝。

1 設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1 恒載

1)自重:結(jié)構(gòu)鋼材重度取78.5 kN/m3;鋼筋混凝土重度取26 kN/m3。鋼-混結(jié)合梁材料用量見(jiàn)表2。

表2 鋼-混凝土結(jié)合梁材料用量 t·m-1

2)二期恒載:按210 kN/m取值。

3)收縮徐變:按混凝土板整體降溫15 ℃考慮。

1.2 活載

1)設(shè)計(jì)活載[9-10]:客貨共線(xiàn)鐵路橋涵列車(chē)豎向靜活載采用ZKH標(biāo)準(zhǔn)活載,動(dòng)力系數(shù)1+μ的表達(dá)式為

疲勞計(jì)算時(shí),其動(dòng)力系數(shù)1+μf的表達(dá)式為

式中,L為橋梁跨度,m。

2)橫向搖擺力[10]:取集中荷載100 kN。

3)離心力[10]:橋梁在曲線(xiàn)上時(shí),應(yīng)考慮列車(chē)豎向靜活載產(chǎn)生的離心力。離心力F的計(jì)算式為

式中:? 為豎向活載折減系數(shù);C為離心力率;V為設(shè)計(jì)速度,取200 km/h;R為平面曲線(xiàn)半徑,取3 500 m;W為豎向設(shè)計(jì)活載,kN或kN/m。

4)風(fēng)荷載[10]:有車(chē)時(shí)風(fēng)荷載W1=800K1K2;無(wú)車(chē)時(shí)風(fēng)荷載W2=1 400K1K2。其中K1為風(fēng)載體形系數(shù),取1.3;K2為風(fēng)壓高度變化系數(shù),取1.0。

1.3 溫度荷載

豎向荷載組合工況中按混凝土板整體升溫或降溫15 ℃計(jì)算[11],橫向荷載組合工況中按鋼梁橫向溫度梯度 16 ℃計(jì)算[12]。

1.4 運(yùn)梁車(chē)荷載

計(jì)入沖擊系數(shù)的運(yùn)梁車(chē)荷載見(jiàn)表3,不同型號(hào)運(yùn)梁車(chē)荷載圖式見(jiàn)圖2、圖3。

表3 運(yùn)梁車(chē)荷載(計(jì)入沖擊系數(shù))

圖2 YLSS900-32 m運(yùn)梁車(chē)荷載荷載圖示(長(zhǎng)度單位:cm)

圖3 1 000 t-40 m運(yùn)梁車(chē)荷載荷載圖示(長(zhǎng)度單位:cm)

1.5 荷載組合

荷載組合工況見(jiàn)表4。經(jīng)反復(fù)試算,最終擬定截面尺寸如圖1 和表5。各種跨度連續(xù)梁截面尺寸中鋼箱寬度L1均為2.4 m,鋼箱間距L2均為2.2 m。

表4 荷載組合工況

表5 截面尺寸 mm

2 施工工序

1)(5×40)m 先簡(jiǎn)支后連續(xù)鋼-混結(jié)合梁:①將預(yù)制好的簡(jiǎn)支梁進(jìn)行吊裝架設(shè)(圖4(a));②接縫處鋼梁拼裝、接縫處底板和橋面板混凝土澆筑(圖4(b));③支座更換,橋梁由簡(jiǎn)支體系變?yōu)檫B續(xù)體系(圖4(c))。

圖4 (5×40)m鋼-混結(jié)合連續(xù)梁施工工序(單位:m)

2)(40+64+40)m、(48+80+48)m、(60+100+60)m支架施工鋼-混結(jié)合連續(xù)梁:①搭設(shè)支架,架設(shè)與拼裝鋼梁(圖5(a));②拆除支架,澆筑正彎矩區(qū)混凝土(圖5(b));③澆筑負(fù)彎矩區(qū)頂、底板混凝土(圖5(c))。

圖5 (40+64+40)m、(48+80+48)m、(60+100+60)m鋼-混結(jié)合連續(xù)梁施工工序(單位:m)

3 有限元建模

本橋采用MIDAS/Civil 2017 建立有限元模型,采用SPC 生成組合截面。整體坐標(biāo)系中x軸為橋長(zhǎng)方向,y軸為橋?qū)挿较颍瑉軸為豎直方向。采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬。各跨度鋼-混結(jié)合連續(xù)梁的支點(diǎn)約束如圖6所示。有限元模型如圖7 所示,梁?jiǎn)卧?jié)點(diǎn)設(shè)于橋面板頂面中部,支點(diǎn)與梁?jiǎn)卧?jié)點(diǎn)之間采用剛性連接。不同荷載工況下采用不同的彈性模量比n[11],因此在3個(gè)模型中分別取3種彈性模量比n。模型1模擬恒載及收縮、徐變作用,n=15;模型2 模擬活載作用,n=10;模型3模擬溫度影響,n=6。通過(guò)適當(dāng)降低負(fù)彎矩區(qū)鋼梁與橋面板之間的局部聯(lián)結(jié)程度(3種模型中均采用n=20)、局部增加鋼梁上翼緣板厚等方式減小負(fù)彎矩區(qū)混凝土拉應(yīng)力。

圖6 支點(diǎn)約束示意

圖7 有限元模型示意

4 計(jì)算結(jié)果

通過(guò)建立有限元模型,對(duì)跨度系列為(5×40)m、(40+64+40)m、(48+80+48)m、(60+100+60)m 的客貨共線(xiàn)鐵路鋼-混結(jié)合連續(xù)梁在設(shè)計(jì)靜活載作用下的豎向撓度和梁端轉(zhuǎn)角,橫向搖擺力、離心力、風(fēng)荷載、溫度荷載作用下的橫向撓度,收縮徐變作用下的豎向撓度,豎向荷載組合工況作用下的鋼梁及橋面板混凝土應(yīng)力,設(shè)計(jì)活載作用下的疲勞應(yīng)力幅進(jìn)行檢算,計(jì)算結(jié)果如下。

4.1 豎向撓度

靜活載作用下,梁體豎向撓度不應(yīng)大于L/1 200(L≤40 m)、L/1 000(40 m<L≤80 m)、L/900(L>80 m)[10]。由表6 梁體撓度可知,(5×40)m、(40+64+40)m、(48+80+48)m、(60+100+60)m 鋼-混結(jié)合梁最大豎向撓度分別為 26.95,37.39,49.10,58.70 mm。(5×40)m鋼-混結(jié)合梁最大撓度位于邊跨,其余跨度最大撓度位于中跨。圖8 為豎向撓度最大值,可知豎向靜活載下各種跨度鋼-混結(jié)合梁最大撓度均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

表6 梁體撓度 mm

圖8 豎向撓度最大值

4.2 梁端轉(zhuǎn)角

圖9為梁端轉(zhuǎn)角,可知,豎向靜活載作用下(5×40)m、(40+64+40)m、(48+80+48)m、(60+100+60)m 鋼-混凝土結(jié)合梁的梁端轉(zhuǎn)角均小于規(guī)范限值(3‰),跨度越大儲(chǔ)備越大。

圖9 梁端轉(zhuǎn)角

4.3 橫向撓度

在列車(chē)橫向搖擺力、離心力、風(fēng)荷載和溫度荷載的橫向荷載組合作用下,梁體的橫向撓度不應(yīng)大于梁體計(jì)算跨度的1/4 000[10]。由表6 可知,各種跨度結(jié)合梁的橫向撓度遠(yuǎn)小于規(guī)范限值,跨度越大梁體橫向撓度越大。

4.4 收縮、徐變變形

由表6可知,(5×40)m 先簡(jiǎn)支后連續(xù)鋼-混結(jié)合梁在收縮、徐變作用下梁體邊跨及中跨下?lián)希芜吙缟瞎?,最大位移?.99 mm。(40+64+40)m、(48+80+48)m、(60+100+60)m 鋼-混結(jié)合連續(xù)梁在收縮、徐變作用下梁體中跨上拱,邊跨下?lián)?,最大位移分別為2.48,1.85,1.86 mm。

4.5 鋼梁應(yīng)力

主力組合工況、主力+附加力組合工況、運(yùn)梁工況作用下的鋼梁容許應(yīng)力分別為 210,273,252 MPa[13]。由圖10可知,主力+附加力組合工況作用下,鋼梁產(chǎn)生的應(yīng)力最大,但相對(duì)應(yīng)力限值的儲(chǔ)備較大。主力組合工況作用下,鋼梁應(yīng)力相對(duì)應(yīng)力限值的儲(chǔ)備較小,(5×40)m 鋼-混結(jié)合梁最大應(yīng)力為正彎矩區(qū)鋼梁拉應(yīng)力(為 180.0 MPa),(40+64+40)m、(48+80+48)m、(60+100+60)m 鋼-混結(jié)合梁的最大應(yīng)力為負(fù)彎矩區(qū)鋼梁壓應(yīng)力(分別為176.1,179.9,186.5 MPa)。運(yùn)梁工況作用下,各跨度連續(xù)梁的應(yīng)力較規(guī)范限值均有較大儲(chǔ)備。

圖10 鋼梁應(yīng)力

4.6 橋面板混凝土應(yīng)力

在主力組合工況、主力+附加力組合工況、運(yùn)梁工況作用下的混凝土最大壓應(yīng)力限值分別為16.8,21.8,25.2 MPa[12]。圖11為橋面板混凝土應(yīng)力。由圖11(a)可知,各工況作用下混凝土壓應(yīng)力較規(guī)范限值均有較大儲(chǔ)備。由圖11(b)可知,主力+附加力組合工況作用下各種跨度連續(xù)梁負(fù)彎矩區(qū)橋面板混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力最大。(5×40)m、(40+64+40)m、(48+80+48)m、(60+100+60)m 鋼-混結(jié)合連續(xù)梁橋面板最大拉應(yīng)力分別為9.5,9.8,10.2,10.8 MPa,采用R130 混凝土可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求(拉應(yīng)力限值為14.4 MPa)。

圖11 橋面板混凝土應(yīng)力

4.7 鋼梁疲勞應(yīng)力幅

鋼梁母材的疲勞容許應(yīng)力幅為145.0 MPa,縱向角焊縫的疲勞容許應(yīng)力幅為110.3 MPa[13]。鋼材疲勞應(yīng)力幅檢算方法如下:

1)對(duì)于疲勞應(yīng)力以拉為主的構(gòu)件,其疲勞應(yīng)力幅檢算式為

式中:γd為多線(xiàn)橋的多線(xiàn)系數(shù);γn為以受拉為主的構(gòu)件的損傷修正系數(shù);γt為板厚修正系數(shù);σmax為最大應(yīng)力;σmin為最小應(yīng)力;[σ0]為疲勞容許應(yīng)力幅。

2)對(duì)于疲勞應(yīng)力以壓為主的構(gòu)件,其疲勞應(yīng)力幅檢算式為

式中,γp為應(yīng)力比修正系數(shù)。

3)當(dāng)疲勞應(yīng)力均為壓應(yīng)力時(shí),可不進(jìn)行檢算。

表7為鋼梁疲勞應(yīng)力幅,可知各跨度鋼-混結(jié)合連續(xù)梁的疲勞應(yīng)力幅均滿(mǎn)足規(guī)范要求,跨度越大鋼梁疲勞應(yīng)力幅越小,且較規(guī)范限值儲(chǔ)備越大。

表7 鋼梁疲勞應(yīng)力幅 MPa

5 結(jié)論

1)最不利荷載組合工況為主力+附加力組合工況(自重+二期恒載+雙線(xiàn)ZKH 活載+收縮徐變+溫度荷載)。主力組合工況下鋼梁應(yīng)力和橋面板混凝土拉應(yīng)力較規(guī)范限值儲(chǔ)備相對(duì)較小。運(yùn)梁工況下各項(xiàng)結(jié)果較規(guī)范限值均有較大儲(chǔ)備,不控制設(shè)計(jì)。

2)滿(mǎn)足鋼梁應(yīng)力及負(fù)彎矩區(qū)橋面板混凝土拉應(yīng)力限值的前提下,各種跨度連續(xù)梁的豎向撓度、梁端轉(zhuǎn)角、橫向撓度等均有較大儲(chǔ)備。因此,客貨共線(xiàn)鐵路鋼-混結(jié)合連續(xù)梁由應(yīng)力指標(biāo)控制設(shè)計(jì),可采用在梁底澆筑混凝土、適當(dāng)降低負(fù)彎矩區(qū)鋼梁與橋面板之間的聯(lián)結(jié)程度、局部增加鋼梁上翼緣板厚等方法作為有效控制措施。

3)(5×40)m、(40+64+40)m、(48+80+48)m、(60+100+60)m 跨度鋼-混結(jié)合連續(xù)梁的每米用鋼質(zhì)量分別為4.93,6.27,8.40,11.22 t,鋼-混結(jié)合連續(xù)梁的單位長(zhǎng)度質(zhì)量分別為14.8,16.5,18.6,21.5 t/m。與按中-活載設(shè)計(jì)的(40+64+40)m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁(廣昆施橋8-2-1)、(48+80+48)m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁(哈佳橋通-Ⅰ-06)、(60+100+60)m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁(青連橋通-Ⅰ-10)相比較(見(jiàn)圖12),可知本文中相同跨度鋼-混結(jié)合連續(xù)梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度質(zhì)量可降低47.2%~61.0%,且跨度越大降低的幅度越大。

圖12 連續(xù)梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度質(zhì)量對(duì)比

猜你喜歡
運(yùn)梁鋼梁跨度
塔機(jī)內(nèi)爬鋼梁及焊接錨腳加固設(shè)計(jì)及驗(yàn)證
緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)在大跨度梁中的應(yīng)用
高速鐵路1000 t 箱梁架橋機(jī)整體調(diào)頭技術(shù)及應(yīng)用
高層建筑大跨度鋼結(jié)構(gòu)連廊設(shè)計(jì)分析
淺析運(yùn)梁車(chē)通過(guò)高架車(chē)站時(shí)后澆帶的支撐設(shè)計(jì)及施工技術(shù)
大跨度連續(xù)鋼箱梁橋設(shè)計(jì)研究分析
大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋線(xiàn)形控制分析
大風(fēng)沙地區(qū)900t箱梁運(yùn)梁施工安全控制措施研究
一種建筑鋼結(jié)構(gòu)用便于安裝的鋼梁
架橋機(jī)運(yùn)梁車(chē)設(shè)備在隧道特殊工況的施工研究
琼中| 萝北县| 东兰县| 临夏县| 万宁市| 枣强县| 贵定县| 稷山县| 崇阳县| 麦盖提县| 铜山县| 儋州市| 赤城县| 全南县| 武穴市| 武冈市| 铜川市| 毕节市| 临洮县| 临高县| 永胜县| 九龙坡区| 正阳县| 右玉县| 贵州省| 大丰市| 武功县| 兰溪市| 轮台县| 鄱阳县| 乌鲁木齐县| 南投县| 宁陵县| 耿马| 丰顺县| 瓮安县| 玛纳斯县| 正定县| 景泰县| 油尖旺区| 施秉县|