【正文】 管立柱中間鋼管立柱內(nèi)側(cè)鋼管立柱容許應(yīng)力圖 S軸力 圖 Smin S軸力＝ 86MPa Smin＝ 105MPa 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 35 200180160140120100806040200L1 L3 L5 L7 L9 L11 L13 L15施工工況應(yīng)力（KN）外側(cè)大H型鋼立柱中間大H型鋼立柱內(nèi)側(cè)大H型鋼立柱小H型鋼立柱容許應(yīng)力260240220200180160140120100806040200L1 L3 L5 L7 L9 L11 L13 L15施工工況應(yīng)力（KN）外側(cè)大H型鋼立柱中間大H型鋼立柱內(nèi)側(cè)大H型鋼立柱小H型鋼立柱容許應(yīng)力 圖 S軸力 圖 Smin 項目 空心鋼管立柱 型鋼大立柱 型鋼小立柱 外側(cè) 中間 內(nèi)側(cè) 外側(cè) 中間 內(nèi)側(cè) 立柱及斜腿 Smin S軸力 Smin S軸力 Smin S軸力 Smin S軸力 Smin S軸力 Smin S軸力 Smin S軸力 MIN 85 69 79 63 105 86 35 24 52 38 122 93 121 81 φ [σ ] 162 162 162 172 172 180 143 應(yīng)力比 表 （單位： MPa） 由圖 ～ ，各工況下索塔立柱的應(yīng)力均在容許范圍以內(nèi)。m） 圖 （ N 表 σmin分解表 (MPa) 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 40 ?對截面有削弱的桿件，應(yīng)做凈截面強度驗算，即 nN fA? ?對出現(xiàn)軸心壓力的桿件進行穩(wěn)定計算，即 N fA?? ?對構(gòu)件進行最大長細比驗算，根據(jù) 《 高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 》 ，有 150??200??350??受壓弦桿、斜桿、橫桿 輔助桿 受拉桿 對于索塔連接系桿件，我們?nèi)〕鐾瑢觾?nèi)同種桿件的最大壓力值和最大拉力值進行驗算。各萬能桿件的最大軸力均小于控制容許應(yīng)力。橫梁底部靠河心側(cè)4N1跨中桿件軸拉力最大，為 1128kN，靠岸側(cè) 4N1跨中桿件軸拉力為 733kN。此時， 滿足塔腳固接時對鋼結(jié)構(gòu)塔頂位移 的限制值的規(guī)定。圖 。對萬能桿件橫梁來講，跨中吊裝鋼箱梁時，萬能桿件處于最不利受力狀態(tài)。一共設(shè)置 60個時間子步，每一個時間子步施加 (Z方向 ) 圖 荷載 位移曲線圖 荷載值 2140kN是第一類標(biāo)準法蘭節(jié)點的屈服荷載 ； 荷載值 5352kN是第二類標(biāo)準法蘭的屈服荷載 ；第二類標(biāo)準法蘭節(jié)點的屈服荷載約為第一類標(biāo)準法蘭節(jié)點屈服荷載的 。 由 Z方向應(yīng)力云圖，第一強度理論（最大拉應(yīng)力理論）及第二強度理論（最大伸長線應(yīng)變理論）應(yīng)力云圖可知，鋼管與法蘭板的焊縫連接處，加勁肋板與鋼管的連接端頭，加勁肋板與法蘭板焊縫連接處的應(yīng)力集中主要是 由拉應(yīng)力引起的。隨著荷載的增加這些應(yīng)力集中區(qū)域開始不斷擴大。 由于在荷載一位移曲線上無法觀測到極值點，因此取第一類標(biāo)準法蘭節(jié)點的屈服荷載 2140 kN作為該類節(jié)點的極限荷載。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 60 ?大 H型鋼立柱和節(jié)點板 WJB36 無傳力板節(jié)點的 有傳力板節(jié)點的 圖 WJB36的 Von Mises應(yīng)力云圖 對無傳力板節(jié)點而言，最大應(yīng)力出現(xiàn)在節(jié)點板 WJB36的螺栓孔處，為 。 對有傳力板節(jié)點而言，最大應(yīng)力出現(xiàn)在型鋼腹板平面內(nèi)的加勁肋與 H型鋼連接處頂部，為 ，加勁肋板角點局部區(qū)域進入塑性階段。由于法蘭盤面有傳力板的支撐作用，盤面中部變形較小，因此， H型鋼翼板、腹板及其平面內(nèi)的加勁肋與上法蘭盤接觸處應(yīng)力水平較高。 對有傳力板節(jié)點而言，最大應(yīng)力出現(xiàn)在下法蘭邊緣與傳力板接觸處，為 。由圖可見， H型鋼頂板、腹板下方的加勁肋高度范圍內(nèi)的管壁應(yīng)力水平較高，加勁肋下方角點與管壁接觸處局部進入塑性階段。節(jié)點板 WJB36下方的加勁肋應(yīng)力水平較高，該處加勁肋下部角點處進入塑性階段。由圖可見，最大應(yīng)力出現(xiàn)在節(jié)點板WJB36下方傳力板角點處，為 。由于沒有傳力板的支撐，無傳力板節(jié)點的上下法蘭盤面受力較后者不利。 有限元建模沒有考慮節(jié)點區(qū)焊縫以及殘余應(yīng)力對鋼管節(jié)點極限承載力的影響。節(jié)點板 N11的螺栓孔壁處以及其與空心管壁接觸處、加勁肋板N N8外緣以及其與空心管壁接觸處應(yīng)力水平較高。加勁肋 N N8應(yīng)力水平較高，其中 N7全截面屈服破壞。由該圖可知，在荷載較小時， A、 B、 C三點的位移均呈線性增長，當(dāng)荷載接近 ， C點的位移有一個較大的增長， A、 B點的曲線也趨向水平方向。得出了以下結(jié)論： 一、對空心管標(biāo)準法蘭節(jié)點有： 1. 計算得到空心鋼管第一類標(biāo)準法蘭節(jié)點的承拉極限荷載為 2140kN，二類標(biāo)準法蘭節(jié)點的承拉極限荷載為 5352kN。而其他區(qū)域的應(yīng)力集中主要是由拉應(yīng)力產(chǎn)生的。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 78 二、對連接 H型鋼與空心鋼管的承壓法蘭節(jié)點有： 5. 無傳力板節(jié)點由于沒有傳力板的支承加勁，節(jié)點各構(gòu)件的應(yīng)力水平要比有傳力板節(jié)點高，某些區(qū)域明顯已進入塑性階段。法蘭盤、鋼管壁的變形值非常小，由此可知，有傳力板異形承壓節(jié)點構(gòu)造設(shè)計合理，基本實現(xiàn)了節(jié)點與立柱桿件的等強度設(shè)計。 9. 在設(shè)計荷載作用下，除個別應(yīng)力集中點外，空心鋼管壁的應(yīng)力、變形均處于彈性狀態(tài)，節(jié)點板、加勁肋也未均見異常，驗證了該類節(jié)點設(shè)計的可靠性 。 2. 索塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力或承載能力均能滿足規(guī)范要求，塔頂位移也能滿足設(shè)計對施工控制的要求，各施工工況穩(wěn)定安全系數(shù)均大于 4，滿足規(guī)范要求。節(jié)點具有較強的塑性變形能力和較高的強度儲備。節(jié)點構(gòu)造設(shè)計合理，基本實現(xiàn)了節(jié)點與立柱桿件的等強度設(shè)計。 感謝各位專家！ 。在設(shè)計荷載作用下，除個別應(yīng)力集中點外，空心鋼管壁的應(yīng)力、變形均處于彈性狀態(tài)，節(jié)點板、加勁肋也未均見異常，說明對該類節(jié)點設(shè)計是合理、可靠的。有傳力板節(jié)點除個別應(yīng)力集中點外，各構(gòu)件的應(yīng)力均處于彈性狀態(tài)。在彈性階段，鋼管和法蘭板的焊縫連接處、加勁肋板與鋼管的連接端頭、加勁肋板底部邊緣以及法蘭板螺栓孔周圍，將會出現(xiàn)應(yīng)力集中，而加勁肋板之間的鋼管部分應(yīng)力集中系數(shù)較小。在橫橋向風(fēng)力作用下吊裝合龍段鋼拱肋時塔柱處于最不利受載狀態(tài)，此時中間橫梁的萬能桿件受力較小。一階彈性屈曲系數(shù)為 ，屈曲模態(tài)皆為平面外屈曲。鑒于此，該異形承壓法蘭節(jié)點的細部構(gòu)造設(shè)計不能采用無傳力板方案。 4. 徑向方向螺栓外側(cè)的法蘭盤外邊緣抵緊，相鄰兩螺栓之間的法蘭板隆起，法蘭盤根部隨著荷載的增加而張開。 2. 計算表明，法蘭節(jié)點在受拉力作用時，在彈性階段，鋼管和法蘭板的焊縫連接處、加勁肋板與鋼管的連接端頭、加勁肋板底部邊緣以及法蘭板螺栓孔周圍，將會出現(xiàn)應(yīng)力集中，而加勁肋板之間的鋼管部分應(yīng)力集中系數(shù)較小?？蓪?。因此可以說， 在 ，加勁肋N7屈服破壞，空心管壁全截面接近屈服，其中局部區(qū)域已經(jīng)進入塑性階段。 由于節(jié)點各構(gòu)件應(yīng)力基本都處在彈性范圍內(nèi)，鋼材具有良好的塑性和應(yīng)力重分布能力，故局部角點的屈服不對節(jié)點承載能力構(gòu)成影響。由圖可見，在荷載作用下，節(jié)點板、加勁肋先于空心鋼管屈曲：兩片 N11節(jié)點板在加勁肋間的區(qū)域發(fā)生平面外失穩(wěn)，節(jié)點板 N11的加勁肋N7發(fā)生平面外失穩(wěn)。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 69 無傳力板的 有傳力板的 圖 異形法蘭節(jié)點空心鋼管徑向位移圖（單位： mm）（縮放比例為 50： 1） 無傳力板的 有傳力板的 圖 （單位： mm）（縮放比例為 50： 1） 管壁徑向內(nèi)凹最大位移為 管壁徑向外凸最大位移為 管壁徑向內(nèi)凹最大位移為 管壁徑向外凸最大位移為 最大凹陷值 最大凹陷值 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 70 支管對節(jié)點板的作用可簡化為集中力施加在螺栓孔處。板件中部應(yīng)力水平較低。加勁肋板應(yīng)力水平普遍較低。 3塊傳力板與管壁接觸處下方區(qū)域應(yīng)力水平較高。整個盤面沒有出現(xiàn)塑性區(qū)域。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 63 ?下法蘭盤 無傳力板的 有傳力板的 圖 異形法蘭節(jié)點的下法蘭盤的 Von Mises應(yīng)力云圖 對無傳力板節(jié)點而言，最大應(yīng)力出現(xiàn)在節(jié)點板 WJB36附近的法蘭盤螺栓孔處，為 。 H型鋼翼板及翼板平面內(nèi)的加勁肋、腹板平面內(nèi)的加勁肋與上法蘭盤的接觸處應(yīng)力水平較高，某些區(qū)域進入塑性階段。應(yīng)力水平較高的區(qū)域與無連接板節(jié)點的類似，只是應(yīng)力水平較前者低、塑性區(qū)面積縮小。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 59 圖 圖 由于幾何變形對此類節(jié)點的剛度影響不大，因此本章有限元分析只考慮材料非線性和接觸非線性。整個節(jié)點的應(yīng)力分布開始趨于均勻。 ?節(jié)點區(qū)的應(yīng)力分布及塑性區(qū)擴展 一類標(biāo)準法蘭節(jié)點 P=745 kN 二類標(biāo)準法蘭節(jié)點 P=2080 kN 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 56 一類標(biāo)準法蘭節(jié)點 P=2140 kN 二類標(biāo)準法蘭節(jié)點 P=5352 kN 一類標(biāo)準法蘭節(jié)點 P=2687 kN 二類標(biāo)準法蘭節(jié)點 P=6684 kN 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 57 一類標(biāo)準法蘭節(jié)點 P=3030 kN 二類標(biāo)準法蘭節(jié)點 P=7545 kN 一類標(biāo)準法蘭節(jié)點 P=3307 kN 二類標(biāo)準法蘭節(jié)點 P=8863 kN 圖 兩類標(biāo)準法蘭節(jié)點應(yīng)力分布及塑性區(qū)擴展云圖 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 58 由兩類標(biāo)準法蘭節(jié)點的應(yīng)力云圖可以看出，開始時候最大 Von Mises應(yīng)力出現(xiàn)在鋼管和法蘭板的焊縫連接處，加勁肋板與鋼管的連接端頭，加勁肋底部邊緣以及法蘭板螺栓孔周圍，而加勁板之間和之上的鋼管部分應(yīng)力集中系數(shù)較小。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 52 ?對連接螺栓的應(yīng)力分析 （ a）一類標(biāo)準法蘭 （ b）二類標(biāo)準法蘭 圖 （ MPa） 490MPa 26MPa 497MPa 20MPa 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 53 ?其他強度理論下的應(yīng)力云圖 圖 z方向應(yīng)力云圖 圖 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 54 圖 圖 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 55 圖 －圖 （圖中沒有包括螺栓）在各個應(yīng)力強度理論下的主應(yīng)力分布。 ? 吊裝東拱 1號鋼拱肋節(jié)段時索塔發(fā)生最大順橋向位移 ，滿足施工控制對塔頂位移的要求 ? 等效壓桿法和空間有限元方法計算結(jié)果表明，索塔滿足整體穩(wěn)定的要求。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 47 本章利用考慮了幾何非線性的有限元方法對青山岸索塔系統(tǒng)進行整體受載分析，得到如下結(jié)論： ? 由于索塔結(jié)構(gòu)與常規(guī)