有限元數(shù)值模擬技術(shù)在環(huán)形景觀探橋設(shè)計中的應用

羅祥 張義 丁才高

摘 要：隨著建筑業(yè)及信息化的不斷發(fā)展，設(shè)計行業(yè)已更加趨向于高效化與科學化，電算輔助設(shè)計已被廣泛地運用于建筑業(yè)，為設(shè)計提供安全保障。本文主要運用有限元數(shù)值模擬技術(shù)，對某環(huán)形景觀探橋進行分析，研究復雜山區(qū)地形下的環(huán)形景觀橋體風荷載作用機理、環(huán)形徑向索的張拉控制，同時考慮溫度作用、地震作用和人群荷載作用，提取橋體的穩(wěn)定性應力比及變形撓度值，與成橋使用狀態(tài)下應力應變監(jiān)測結(jié)果進行對比。結(jié)果表明： 數(shù)值模擬結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果吻合較好，通過有限元數(shù)值模擬技術(shù)，能夠較好地模擬山區(qū)橋體在風荷載、人群荷載、溫度作用、地震作用下的受力形態(tài)，同時通過索的計算模擬數(shù)據(jù)指導現(xiàn)場張拉施工、提高施工作業(yè)效率，可以在保證橋體穩(wěn)定性、下?lián)献冃蔚耐瑫r，最大程度迎合市民探索美麗景觀的需求。

關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬;風荷載;索張拉;溫度作用;地震作用

1工程概況

探橋由伸向水域的直線型探橋和位于山谷里的倒鵝蛋形環(huán)橋構(gòu)成，其位于AK 段AK2+240 和AK2+440 之間，屬于新區(qū)馬拉松山湖綠道（一期）工程EPC項目，其橋面組成：①環(huán)橋部分為一個長32 米、框23 米橢圓形的圓環(huán)，外圈為3.2米的鋼格柵橋面，內(nèi)圈為尼龍網(wǎng)狀體系橋面;橋面距谷底約4米。②懸臂部分長度19.3米，橋面寬2.7米;③引橋部分由地面段和接橋段組成，長度共計700米，橋面寬2.0米和1.2米;④橋面材料為金屬格柵網(wǎng)、尼龍網(wǎng)和混凝土;⑤欄桿為白色格網(wǎng)扶手欄桿和鋼絲網(wǎng)。

2 模型受力分析

2.1有限元模型建立及網(wǎng)格劃分

如圖2 所示，采用midas civil 建立了簡化的有限元分析模型，模型中梁柱均采用桿單元模擬，吊索采用索單元模擬。

荷載取值，板面附加恒載按照0.8kN/m2，呢絨恒載0.1kN/m2，活載按照4.6kN/m2，呢絨活荷載1.2kN/m2，欄桿荷載1kN/m。

2.2 結(jié)構(gòu)自重

構(gòu)件的自重由軟件自動計算，其他荷載包括橋面上的網(wǎng)格板均由人工輸入，其荷載工況如下：

2.3 人群荷載

按照《城市橋梁設(shè)計規(guī)范》計算后施加：

2.4 風荷載

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》4.3.8以及《公路橋梁抗風設(shè)計規(guī)范》JTG/TD60-01 4.3.1條在橫橋向風作用下主梁單位長度上的橫向靜陣風荷載進行施加：

2.5 溫度荷載

考慮溫度作用：升溫為+350C，降溫為-200 C。

2.6 地震作用

2.7吊索的張拉模擬分析

2.8分析結(jié)果

結(jié)論：從梁的組合強度來看，主梁的強度最大值為128.9N/mm2， 小于規(guī)范規(guī)定的材料值335N/mm2，滿足規(guī)范要求;懸挑梁的應力最大值為244.4N/mm2，也是低于規(guī)范規(guī)定的材料值335N/mm2，滿足規(guī)范要求。

穩(wěn)定性：由于吊索不存在失穩(wěn)的問題，本分析主要關(guān)心主體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的失穩(wěn)模態(tài)。

穩(wěn)定系數(shù)為57.41，有很大的富余量，滿足要求。

結(jié)論：從以上主體結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)形式來看，均沒有存在柱失穩(wěn)的現(xiàn)象，且失穩(wěn)臨界系數(shù)都非常高。故有很大的富余量，滿足要求。

3 結(jié)論

（1）通過模擬結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果的對比，可以看出運用有限元Midas Civil軟件，能夠較好地模擬山區(qū)橋體在風荷載、人群荷載、溫度作用、地震作用下的受力形態(tài)，可以滿足橋體的穩(wěn)定性、下?lián)献冃我蟆?/p>

（2）采用有限元數(shù)值模擬技術(shù)對本項目環(huán)形景觀橋體進行分析，得到了復雜山區(qū)地形下的環(huán)形景觀橋體風荷載作用機理與考慮方法、各階振動模態(tài)特征下的穩(wěn)定系數(shù)。

（3）運用Midas Civil有限元軟件可根據(jù)實際施工過程，對吊索的張拉進行模擬分析，得出成橋狀態(tài)的索力和張拉完成時的索力，用來指導現(xiàn)場張拉施工，提高施工作業(yè)效率。

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