“321”型上下承式貝雷梁受力性能對比分析

仇天天 陳文德 李曉劍

(浙江大港橋梁科學(xué)研究有限公司，浙江 杭州 310012)

“321”型上下承式貝雷梁受力性能對比分析

仇天天 陳文德 李曉劍

(浙江大港橋梁科學(xué)研究有限公司，浙江 杭州 310012)

以上承式和下承式兩座結(jié)構(gòu)形式不同的“321”型貝雷梁為研究背景，基于Midas/Civil有限元分析軟件，對兩種結(jié)構(gòu)的靜力性能進(jìn)行了計(jì)算，并結(jié)合現(xiàn)場荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果對其進(jìn)行了對比分析，總結(jié)出了一些規(guī)律，旨在為今后同類型橋梁的設(shè)計(jì)和檢測提供一定的參考作用。

貝雷梁，靜力性能，荷載試驗(yàn)，截面

1 工程概況

本文以臺(tái)州市某上承式貝雷梁和溫州市某下承式貝雷梁為依托工程，其項(xiàng)目均用貝雷片搭建的施工棧橋。上部結(jié)構(gòu)均采用“321”型貝雷梁，跨徑均為15 m(5片貝雷片)；橋面寬均為6 m，共6片主梁；弦桿、腹桿的材質(zhì)均為16Mn鋼；支承架、分配梁和橋面板的材質(zhì)均為A3鋼；設(shè)計(jì)荷載均為運(yùn)輸車掛車(滿載)80 t，4軸，單軸最大荷載不超過20 t。上、下承式貝雷梁測點(diǎn)示意圖及空間計(jì)算模型如圖1～圖7所示。

為了真實(shí)的模擬跨中和支點(diǎn)截面最大軸力效應(yīng)，在縱橋向調(diào)整車輛位置以實(shí)現(xiàn)加載效率。加載工況分為以下2種：工況1：縱向中后軸布置在跨中，且兩車前后相距3 m，上、下承式貝雷梁的加載效率達(dá)到0.99和1.02；工況2：縱向僅后軸布置在距橋臺(tái)中線0.795 m處，上、下承式貝雷梁的加載效率達(dá)到0.96和1.01，加載效率均在《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》中要求0.95～1.05的范圍內(nèi)。

2 結(jié)構(gòu)受力特性對比分析

2.1 弦桿受力對比分析

表1 弦桿內(nèi)力對比匯總表 kN

由表1可知，在設(shè)計(jì)荷載作用下，通過對上、下承式貝雷梁各弦桿的內(nèi)力對比分析可知，其中兩者各弦桿之間的拉力大小相差無幾，最大相差僅為10.2 kN，相差率為4.27%；而對于壓力來說，兩者的各弦桿之間除中間兩片貝雷片的壓力相差較大，其他弦桿壓力大小相差不大，最大相差達(dá)到45.4 kN，相差率為15.83%；而通過對上、下承式貝雷梁的最大和最小壓力對比可知，其最大相差值分別為17.9 kN和65.5 kN。

表2 弦桿應(yīng)力對比匯總表 MPa

由表2可知，在設(shè)計(jì)荷載作用下，上、下承式貝雷片弦桿的應(yīng)力關(guān)于橋中線基本對稱且數(shù)值大小也基本相同，其中最大壓應(yīng)力分別為-96.1 MPa和-114.1 MPa；最大拉應(yīng)力分別為102.8 MPa和101.8 MPa。而通過對上、下承式弦桿的應(yīng)力對比分析可知，其中兩者的拉應(yīng)力之間相差無幾，最大相差為4.1 MPa，相差率僅為4.32%；而兩者的壓應(yīng)力之間相差較大，最大相差達(dá)到18.0 MPa，相差率為15.78%。

2.2 腹桿受力對比分析

表3 腹桿內(nèi)力和應(yīng)力對比匯總表

由表3可知，腹桿在設(shè)計(jì)荷載作用下，下承式貝雷梁所承受的內(nèi)力和應(yīng)力均大于上承式結(jié)構(gòu)所承受的力。其中對于豎桿來說，兩者的最大內(nèi)力相差為63.2 kN，相差率為40.13%；而兩者的最大應(yīng)力相差69.3 MPa，相差率為40.12%；而對于斜腹桿來說，兩者的最大內(nèi)力相差為22.5 kN，相差率為18.10%；而兩者的最大應(yīng)力相差24.8 MPa，相差率為18.37%。

2.3 撓度對比分析

表4 撓度對比匯總表 mm

由表4可知，在設(shè)計(jì)荷載作用下，上、下承式貝雷梁弦桿所產(chǎn)生的最大撓度分別為20.2 mm和19.0 mm。通過對上、下承式弦桿的撓度對比分析可知，兩者的撓度大小基本相同，最大相差為1.2 mm，相差率僅為5.99%，而通過對上、下承式貝雷梁的最大和最小撓度對比可知，其最大相差值分別為1.4 mm和3.5 mm。

2.4 反力對比分析

表5 反力對比匯總表 kN

由表5可知，在設(shè)計(jì)荷載作用下，上、下承式貝雷梁所產(chǎn)生的最大支點(diǎn)反力分別為278.4 kN和160.9 kN。而通過對上、下承式貝雷片的各反力對比分析可知，兩者除中間兩片貝雷片的反力相差較大，其他貝雷片反力大小相差不大，最大相差為117.8 kN，相差率達(dá)到42.31%；而通過對上、下承式貝雷梁的最大和最小反力對比可知，其最大相差值分別為89.2 kN和213.2 kN。

3 荷載試驗(yàn)對比分析

3.1 截面弦桿應(yīng)力分析

表6 跨中截面實(shí)測應(yīng)力對比表 MPa

由表6可知，在試驗(yàn)荷載作用下，上、下承式貝雷梁弦桿的最大壓應(yīng)力分別為-56.2 MPa和-79.6 MPa；最大拉應(yīng)力分別為66.3 MPa和67.8 MPa，最大拉壓應(yīng)力均未超出16Mn構(gòu)件容許的應(yīng)力273 MPa。而通過對上、下承式弦桿的應(yīng)力對比分析可知，其中的各弦桿之間的拉應(yīng)力大小相差無幾，最大相差僅為1.9 MPa；而各弦桿之間的壓應(yīng)力大小相差較大，最大相差達(dá)到26.1 MPa。

3.2 截面腹桿應(yīng)力分析

表7 支點(diǎn)截面實(shí)測應(yīng)力對比匯總表 MPa

由表7可知，在試驗(yàn)荷載作用下，下承式貝雷梁所承受的最大應(yīng)力均大于上承式所承受的力，最大拉壓應(yīng)力均未超出16Mn構(gòu)件容許的應(yīng)力273 MPa。其中對于豎桿來說，兩者的最大拉應(yīng)力相差33.4 MPa，最大壓應(yīng)力相差37.1 MPa；而對于斜腹桿來說，兩者的最大拉應(yīng)力相差12.2 MPa，最大壓應(yīng)力相差15.1 MPa。

3.3 截面撓度分析

表8 跨中截面實(shí)測撓度對比表 mm

由表8可知，在試驗(yàn)荷載作用下，上、下承式貝雷梁所產(chǎn)生的跨中最大撓度分別為12.6 mm和13.6 mm。而通過對上、下承式貝雷梁的撓度對比分析可知，兩者的撓度大小相差不大，最大相差僅為1.0 mm。

4 結(jié)語

通過對上、下承式貝雷梁的力學(xué)特性和試驗(yàn)結(jié)果的分析與討論，可得出如下結(jié)論：

1)由上、下承式貝雷梁的受力特性可知，其兩者結(jié)構(gòu)的力學(xué)特點(diǎn)均為上弦桿受壓，下弦桿受拉，弦桿最大應(yīng)力和位移均出現(xiàn)在跨中截面處，腹桿最大應(yīng)力均出現(xiàn)在支點(diǎn)截面處。

2)由理論計(jì)算和現(xiàn)場荷載試驗(yàn)結(jié)果分析可知，上、下承式貝雷梁弦桿所產(chǎn)生的拉力、拉應(yīng)力以及撓度效應(yīng)大小相差不大，但其所產(chǎn)生的壓力、壓應(yīng)力以及支點(diǎn)反力效應(yīng)相差較大；而下承式貝雷梁腹桿產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)響應(yīng)均大于上承式結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出來的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。

3)在設(shè)計(jì)荷載和試驗(yàn)荷載作用下，上承式貝雷梁所產(chǎn)生的內(nèi)力、撓度和反力等結(jié)構(gòu)響應(yīng)在一定程度上較下承式結(jié)構(gòu)相比表現(xiàn)出一定的勻稱性。

4)上、下承式貝雷梁的整體受力性能相比，上承式結(jié)構(gòu)的貝雷片之間更能很好的發(fā)揮協(xié)同作用，受力均勻且共同受力，同時(shí)考慮材料高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，以及安全使用性能的要求，在工程的諸多領(lǐng)域中建議使用上承式貝雷梁鋼便橋。

[1] 劉旭偉.貝雷梁便橋的檢算及安全使用方法[J].貴州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009(1):120-123,142.

[2] 梁遠(yuǎn)森,王守君,張靜芳.“321”貝雷梁鋼便橋靜力性能分析[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào),2012(5):39-42.

[3] 張永春,史慧彬,洪 偉.三跨連續(xù)貝雷梁試驗(yàn)[J].科技信息,2009(19):288-289.

[4] 程 強(qiáng).貝雷梁手算與有限元計(jì)算的差異性[J].建筑知識(shí),2016(8):179-181.

[5] JTG/T J21—2011，公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程[S].

Comparative analysis of stress performance of “321” type bailey beam with deck type and bearing type

Qiu Tiantian Chen Wende Li Xiaojian

(ZhejiangPortBridgeScienceResearchCo.,Ltd,Hangzhou310012,China)

This deck type and bearing type two different structure form“321”type bailey beam as the research background, based on finite element analysis software Midas/Civil, the static performance of the two kinds of structures are calculated, and combining with the results of load test data for analysis, and summed up the rules and provide reference for the design and test of the same type bridges in the future.

bailey beam, static performance, loading test, section

1009-6825(2017)22-0043-03

2017-05-22

仇天天(1990- )，男

TU317

A