关键字：钢桁架桥 截面选取 结构安全性能 稳定性
1概述
钢桁架桥是一种介于梁和拱之间的结构体系，它是由上弦杆、下弦杆和斜撑组合成两面桁架，再由横梁、纵梁以及联结系连结而成三维空间桥梁。下承式钢桁架桥以其梁高低，不占用桥下净空的独特优势，跨越能力强、施工周期短、承载能力大等优点在铁路桥梁工程中得到广泛应用。长期以来，由于受钢材价格、材料耐久性及材料后期养护等因素的限制，公路工程领域很少使用钢桁架桥梁结构。随着经济的发展及我国炼钢水平的提高，国产的钢材品质已经完全能满足结构安全的需要，同时随着钢结构防腐技术的提高，钢桁架结构桥梁越来越多的在公路工程领域得到应用。
2工程概况
本论文研究对象属于天津某公路项目，由于净空及净宽限制，需要在跨现状路口处设置一座下承式钢桁架桥。钢桁架桥上部结构采用跨度60m简支结构，桥面总宽18.5m，双向四车道，桥梁设计荷载标准为公路I级。结构共设置4个支座，其中一个固定支座，一个纵向活动支座，一个横向活动支座，一个双向活动支座。
钢桁架桥主桁采用三角形桁架，中心间距19.16m，桁高8.5m，高跨比为1/7.06，节间长9.72m，上弦5个节间，下弦6个节间。主桁为焊接的整体节点构造。桥面由纵、横梁及混凝土桥面板组成。共设置5道小纵梁，横向间距3.05m，横梁采用工字型截面，间隔2.43m。上弦每个节点均设平面纵向联结系，上弦平面联结系在每个节点设成“K”型，两个节间组成“米”型，下弦杆有纵、横梁联结，不再设置纵向联结系。为使桁架更通透，采用加大端斜杆，不设置桥门架的形式，在上平横联与上弦节点连接处设隅撑。
钢桁架结构上弦杆、下弦杆、端横梁、端斜杆采用“口”字型截面，其余杆件采用“工”字型截面。具体截面尺寸如下表。
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3结构分析
钢桁架桥计算采用空间有限元分析软件Midas Civil 2019进行分析，主桁、横梁、纵梁及联结系采用梁单元模拟，全桥共划分单元604个，桁架结构不考虑桥面板的刚度作用，桥面板自重以恒载的形式施加到横梁体系。支座按照实际刚度进行模拟，移动荷载采用车道线施加于横梁体系，桥面铺装、防撞护栏等二期恒载采用线荷载施加于横梁体系；同时，结构考虑整体升温30°，整体降温25°，并考虑两片主桁不均匀温度差15°。全桥模型如下： .png)
结构离散模型 结构消隐模型
1）静力受力分析
对分析软件中所建立模型分析运算，并按照《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2015中相关规定对结构中施加的荷载进行组合，根据计算及荷载组合结果，统计其结构的包络应力值，结构最不利组合工况下的最大应力值为：209.9MPa，全桥应力图表如下所示。
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注：表中数值为应力的绝对值，无指明拉压应力。
桁架桥材料选用Q390钢，在不考虑横向应力叠加及局部应力的情况下，论文将结构纵向计算的设计应力值控制在220MPa。通过静力计算可知，全桥各杆件应力比较均衡，最大响应应力出现在直接受力的横梁上，应力值为209.9MPa，满足结构的受力需求，且结构构件截面的选取均为未出现过量浪费现象，结构设计较为合理。
2）整体稳定分析
对于桁架结构，不仅要关注其静力受力情况，也应重视结构的稳定性，防止结构发生整体失稳。论文通过Midas Civil 2019建立有限元模型，根据稳定公式W+S*P，以结构自重及二期恒载为基础荷载W，汽车活载及风荷载为可变荷载P，计算其稳定系数S。计算结果如下所示。
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根据上表及分析结果可知，论文中桁架桥在研究工况作用时，前十阶模态内的屈曲位置主要位于跨中前后位置的斜杆和上部横联，稳定系数为6.810，满足稳定性要求。
由此可知，本论文所研究桁架桥所设计选取的截面类型及尺寸，能较好的满足桁架桥梁的受力特性及稳定性，结构保有适度的安全系数且材料截面利用率较高。
4结语
本论文借助土木结构有限元分析软件Midas Civil 2019 对一跨度60m公路下承式桁架桥的静力特性及整体稳定进行了分析。通过结构计算，分析桁架各部分杆件应力大小及结构稳定性，对桁架不同位置的杆件所需截面的尺寸做了介绍，为公路钢桁架桥设计者提供参考。
参考文献：
[1] 张喜刚,裴岷山, 赵君黎,等. JTG D64-2015 公路钢结构桥梁设计规范 [S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.
[2] 张喜刚,徐国平,赵君黎,等. JTG D60-2015 公路桥涵设计通用规范 [S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.
[3] 蒋义.90m钢桁架桥设计计算要点[J]. 福建交通科技，2017,2.
[4] 赵廷廷. 某钢桁架桥结构优化设计研究[D]. 河北工程大学[硕士学位论文]，2019.
[5] 王洪龙,李佶.钢桁架桥梁的静力及地震响应分析[J]. 天津建设科技，2019,29(1).
论文作者:王从远
论文发表刊物:《城镇建设》2020年第4期
论文发表时间:2020/4/13
标签：桁架论文; 结构论文; 应力论文; 横梁论文; 截面论文; 荷载论文; 桥梁论文; 《城镇建设》2020年第4期论文;