・３２２・ 第３４卷第３４期 ２ ０ ０ ８年１ ２月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮｘＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．３４ Ｄｅｃ． ２００８ 文章编号：１００９—６８２５（２００８ ｌ ３４—０３２２ ０２ 钢管混凝土拱桥管一板节点受力分析研究 邹化明摘钟永胜 要：在总结钢管混凝土拱桥节点类型的基础上，设计了钢管混凝土管一板单式节点和复式节点的模型，并对设计模 型进行了有限元分析，分析表明，钢管混凝土管一板单式节点和复式节点均能满足桥梁结构的需要。 关键词：钢管混凝土拱桥，管一板节点，有限元 中图分类号：Ｕ４４８．２２ 文献标识码：Ａ 拱结构中，拱构式（桁架式）钢管混凝土结构是建造大跨度拱 拱肋上弦和下弦及拱肋间的连接部分根据钢管混凝土节点的不 桥的一种比较理想的结构形式，在钢管混凝土拱桥中也获得了广 同，可以采用空心管结构，也可以采用型钢结构。管结构的焊接 泛的应用。现有的钢管混凝土拱桥的拱肋均为钢管混凝土结构， 节点构造主要有两种形式：节点板连接和相贯连接。 ＋４５０×８开孔 １０ ５绦板口 缀板／ｌ ＼ Ａ ￣１５０￣８‘ 心线载由●‘莹０× 一 莩 ／ 点一板３ １苞皇堑 、一’ ‘ 泓 卒 加 母 ● 圭｝；・ ｌ￡｝： 。’一 一 ｊＩ 善 意习 垫轧普通槽钢２【１８ ：、 Ｌ－—－ ２７５ ２７５ ． 一 ２ ０００±１ ． ２ ０００±１ ０ ４ ０００ ２ 图１ 钢管混凝土管一板单式节点试验模型 在钢管混凝土拱桥中，采用最多的是Ｙ型和Ｋ型节点，本文 为对称的两端耳管（Ｎ３）。研究分析节点Ａ的受力状况。 以Ｙ型节点为分析对象，对节点板连接的两种连接方式，即管板 ２有限元模型 单式节点和复式节点进行了模型设计，并对模型进行 有限元分 析。重点分析节点的受力状况，以期为结构设计提供依据。 在有限元分析中，钢结构及混凝土部分均采用三维二十节点 实体单元（Ｓｏｌｉｄ９５），分析中采用的参数为：钢材材料弹性模量： Ｅ＝２．０６×１０ ｍＰ８，泊松比：７３＝０．３，密度：｜０＝７ ８５０ ｋｇ／ｍ２；Ｃ５０ １模型设计 ：０．１７，密度： 对管一板单式节点设计模型尺寸如图１所示，为ＤＹ型的三 混凝土弹性模量：Ｅ＝３．５１×１０ ＭＰａ，泊松比：６００ ｋｇ／ｍ３。重力加速度ｇ＝９．８ ｉＴｌ／ｓ２。 角形平面桁架，钢材采用Ｑ２３５Ｂ，主管（Ｎ１）和两端耳管（Ｎ３）内部 ｐ＝２ 填筑Ｃ５０混凝土，斜杆（Ｎ２）为［１８型钢，节点板与主管问均采用 低氢焊条焊接。 根据模型加载情况，有限元模型中边界条件处理为主管底部 固接。理论计算时荷载取值为：Ｐ＝５Ｏ ｋＮ，对称施加在两端的耳 上。 对管一板复式节点设计模型如图２所示。管一板单式节点 管（Ｎ２）有限元分析采用子模型技术。首先建立粗糙模型，考虑结 和复式节点的主管尺寸均相同，内填Ｃ５０混凝土。根据节点形式 荷载及边界条件在空间上完全对称，选取结构的１／４建立粗 的特点，管板复式节点的斜杆Ｎ２和水平杆Ｎ４均采用闭口的方 构、对管一板相接处采用子模型技术进行精细画网格，人工 形截面，斜杆和水平杆的腹板与节点板用高强螺栓连接。在斜支 糙模型； 杆的设计中，采用的截面确保相同的荷载Ｐ的作用下，支杆的平 控制网格密度。３分析结论 均应力等效。 模型加载方式如图３所示。主管底部与基础固接，加载位置 如图１，图２所示，对节点位置主管的Ａ—Ａ，Ｉ卜 和Ｃ—Ｃ截 收稿日期：２００８—０７—２６ 作者简介：邹化明（１９７９一），男，工程师，深期ｌ高速工程顾问有限公司，广东深圳５１８０３４ ５１８１１４ 钟永胜（１９７１一），男，助理工程师，深圳市华昱高速公路投资有限公司，广东深圳３４月 ２邹化明等：钢管混凝土拱桥管一板节点受力分析研究 ・３２３・ 面进行了受力分析，分析表明Ｂ＿Ｂ截面应力水平较低，对主管 系数的分析如下：管一板单式、复式节点Ａ—Ａ截面主管环向应 Ａ—Ａ截面的环向应力分布及变形、ｃ＿一Ｃ截面上的环向应力集中 力比较曲线见图４。 ｆ开孔 １５０ ＝＝＼圭．旦厂／１ 下● 上 盟 ． 卞 ∞ 十＿＿ ２ × 莩 Ｉ ， ｌ 千孑ｌ士１ ｎ ／ ＩＩ 、『］量 母 ２７５ ２７５ — — ２ ００ｏ±１ ’ 图２ 钢管混凝土管一板复式节点试验模型 图４ 管一板单式及复式节点主管Ａ—－Ａ截面环向应力比较曲线 会议论文集［Ｃ］．２０００． 节点处主管的变形以Ａ—Ａ（焊缝最高点圆周）截面最大，由 ［３］周明先．钢管混凝土拱桥动力特性的有限元分析［Ｊ］．山西 管一板单式和复式节点Ａ’一Ａ截面主管径向变形比较表明远离 建筑，２００７，３３（３３）：３２７—３２８． 节点区域两者变形相差不大，在节点板位置上，主管的径向变形 ［４］ 艾智能．钢管混凝土拱桥管节点疲劳寿命研究［Ｄ］．成都：西 均增大，但复式节点的主管变形显著小于单式节点主管的变形， 南交通大学硕士学位论文，２００５． 表明复式节点有效增大了节点刚度，特别是对主管为钢管混凝土 ［５］Ｊ．Ａ．Ｐａｃｋｅｒ，Ｊ．Ｅ．ＨｅｎｄｅｒＳＯｎ．空心管结构连接设计指南［Ｍ］． 结构时，由于混凝土对主管变形的约束，相对单式节点来说，复式 北京：科学出版社，１９９７． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｔｕｂｕｌａｒ－ｐｌａｔｅ ｊ ｏｉｎｔｓ ｆｏｒ ｃｏｎｃｒｅｔｅ．ｆｉｌｉｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅ ＺＯＵ Ｈｕａ－ｍｉｎｇ ＺＨＯＮＧ Ｙｏｎｇ－ｓｈｅｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｏｃｎｃｒｅｔｅ－ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅｓ’ｊｏｉｎｔ ｔｙｐｅ，ｔｓｅｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ａｎｄ ｄｏｕｂｌｅ ｊｏｉｎｔｓ ｆｏｒ ｔｕｂｕｌａｒ—ｐｌａｔｅ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｄｏｎｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｉｓ ｎａａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｊｏｉｎｔｓ Ｃａｎ ｂｏｔｈ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅｓ’ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ． ’ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ－ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅ，ｔｕｂｕｌａｒ—ｐｌａｔｅ ｉｏｉｎｔ，ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ
