【正文】 心鋼管頂部?jī)?nèi)緣與下法蘭盤(pán)接觸處，為，鋼管頂部局部區(qū)域進(jìn)入塑性階段。由圖可見(jiàn)， 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(diǎn)與管壁接觸處局部進(jìn)入塑性階段。 對(duì)有傳力板節(jié)點(diǎn)而言，最大應(yīng)力出現(xiàn)在傳力板下方與管壁接觸處，此處存在應(yīng)力集中，最大應(yīng)力為 。 3塊傳力板與管壁接觸處下方區(qū)域應(yīng)力水平較高。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 65 0255075100125150175200225250275300325180 150 120 90 60 30 0 30 60 90 120 150 180沿圓周的角度（度）應(yīng)力（MPa）有傳力板 無(wú)傳力板0255075100125150175200225250180 150 120 90 60 30 0 30 60 90 120 150 180沿圓周的角度（度）應(yīng)力（MPa）有傳力板 無(wú)傳力板0255075100125150175200225250180 150 120 90 60 30 0 30 60 90 120 150 180沿圓周的角度（度）應(yīng)力（MPa）有傳力板 無(wú)傳力板沿空心管壁角度劃分圖 Z=20mm（管頂）處 Z=（加勁肋下方）處 Z=（傳力板下方）處 圖 空心管壁上不同高度處沿圓周的應(yīng)力分布圖 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 66 ?空心鋼管加勁肋 無(wú)傳力板的 有傳力板的 圖 Von Mises應(yīng)力云圖 對(duì)無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn)而言，最大應(yīng)力出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)板 WJB36下方的加勁肋下部與鋼管接觸處，為 。節(jié)點(diǎn)板 WJB36下方的加勁肋應(yīng)力水平較高，該處加勁肋下部角點(diǎn)處進(jìn)入塑性階段。 對(duì)有傳力板節(jié)點(diǎn)而言，最大應(yīng)力出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)板 WJB36下方的加勁肋下部與鋼管接觸處，為 。加勁肋板應(yīng)力水平普遍較低。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 67 ?傳力板 圖 Von Mises應(yīng)力云圖 傳力板的作用是和空心鋼管壁一起承受 H型鋼柱傳遞下來(lái)的壓力，并最終把壓力傳遞到空心管壁上。由圖可見(jiàn)，最大應(yīng)力出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)板WJB36下方傳力板角點(diǎn)處，為 。 其中，傳力板底部與空心鋼管壁接觸處存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力水平較高。板件中部應(yīng)力水平較低。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 68 ?應(yīng)力小結(jié) 有傳力板與無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn)各板件應(yīng)力最值對(duì)比表（單位： MPa） H型鋼柱 型鋼加勁肋 上法蘭盤(pán) 下法蘭盤(pán) 空心鋼管 鋼管加勁肋 傳力板 無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn) 有傳力板節(jié)點(diǎn) 無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn) H型鋼柱、節(jié)點(diǎn)板 WJB3型鋼加勁肋 FLP1－ 1的應(yīng)力分布與有連接板相似，只是前者應(yīng)力水平、塑性區(qū)面積較后者高、大。由于沒(méi)有傳力板的支撐，無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn)的上下法蘭盤(pán)面受力較后者不利。無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn)和有傳力板節(jié)點(diǎn)應(yīng)力分布不同：無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn)空心管壁在加勁肋板高度范圍內(nèi)應(yīng)力水平較高，局部管壁進(jìn)入塑性階段，加勁肋下方管壁應(yīng)力擴(kuò)散，趨于平均；有傳力板節(jié)點(diǎn)空心管壁在傳力板高度范圍內(nèi)應(yīng)力水平較低，傳力板下方管壁局部應(yīng)力集中（若在該處采用 過(guò)焊孔 ，則不會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象），在該處附近區(qū)域，應(yīng)力擴(kuò)散，趨于平均。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 69 無(wú)傳力板的 有傳力板的 圖 異形法蘭節(jié)點(diǎn)空心鋼管徑向位移圖（單位： mm）（縮放比例為 50： 1） 無(wú)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(duì)節(jié)點(diǎn)板的作用可簡(jiǎn)化為集中力施加在螺栓孔處。加載時(shí)先在主管加軸力，待加到預(yù)設(shè)的主管軸力后，支管再按比例加載，直至使節(jié)點(diǎn)達(dá)到極限承載力破壞為止。 有限元建模沒(méi)有考慮節(jié)點(diǎn)區(qū)焊縫以及殘余應(yīng)力對(duì)鋼管節(jié)點(diǎn)極限承載力的影響。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 71 (a) 整體模型 (b) 局部節(jié)點(diǎn)板 圖 下面是索塔局部節(jié)點(diǎn)模型的的一階失穩(wěn)模態(tài)示意圖，其彈性屈曲系數(shù)為 。由圖可見(jiàn)，在荷載作用下，節(jié)點(diǎn)板、加勁肋先于空心鋼管屈曲：兩片 N11節(jié)點(diǎn)板在加勁肋間的區(qū)域發(fā)生平面外失穩(wěn)，節(jié)點(diǎn)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 72 ?節(jié)點(diǎn)區(qū)的應(yīng)力分布 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 73 圖 圖 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 74 對(duì)設(shè)計(jì)荷載下的節(jié)點(diǎn)而言，最大應(yīng)力應(yīng)力出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)板角點(diǎn)與空心管壁接觸處，為 。節(jié)點(diǎn)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?？招匿摴鼙谂c加勁肋和節(jié)點(diǎn)板接觸處有應(yīng)力集中發(fā)生，管壁與加勁板、節(jié)點(diǎn)板角點(diǎn)接觸處應(yīng)力值較大，已超過(guò)屈服值。 由于節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的屈服不對(duì)節(jié)點(diǎn)承載能力構(gòu)成影響。 對(duì) ，最大應(yīng)力出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)板 N11的螺栓孔處，為，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)屈服應(yīng)力，螺栓孔附近區(qū)域進(jìn)入塑性階段。加勁肋 N N8應(yīng)力水平較高，其中 N7全截面屈服破壞?？招匿摴茉诠?jié)點(diǎn)板 N11范圍內(nèi)以及管壁在無(wú)節(jié)點(diǎn)板、加勁肋覆蓋區(qū)域處于高應(yīng)力狀態(tài)（應(yīng)力接近屈服點(diǎn)），其中有一定范圍的管壁已經(jīng)進(jìn)入塑性階段。因此可以說(shuō)， 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(jìn)入塑性階段。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 75 ?節(jié)點(diǎn)區(qū)的變形 （ a）設(shè)計(jì)荷載下 （ b） 圖 空心圓管徑向變形圖（縮放比例為 10： 1） （ a）設(shè)計(jì)荷載下 （ b） 圖 N11及其加勁肋 N7變形圖 （縮放比例為 10： 1） 最大外凸值為 最大內(nèi)凹值為 最大外凸值為 最大內(nèi)凹值為 最大面外位移為 最大面外位移為 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 76 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13δ （m m ）K=Pcr/PA B C圖 由圖 ～ ，管壁上 A（最大外凸處）、 B（最大內(nèi)凹處）以及加勁肋 N7上 C（最大面外變形處）的變形最大，該三點(diǎn)的荷載位移曲線如圖 ，圖中 K＝ Pcr/P，其中 K為所施加的荷載與設(shè)計(jì)荷載的比值。由該圖可知，在荷載較小時(shí)， A、 B、 C三點(diǎn)的位移均呈線性增長(zhǎng)，當(dāng)荷載接近 ， C點(diǎn)的位移有一個(gè)較大的增長(zhǎng)， A、 B點(diǎn)的曲線也趨向水平方向。由此可知，加勁肋板先于管壁屈服退出工作。可將 。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 77 本章應(yīng)用有限元法，考慮非線性因素，對(duì)空心管法蘭節(jié)點(diǎn)和有節(jié)點(diǎn)板連接的空心鋼管節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了應(yīng)力分布規(guī)律、節(jié)點(diǎn)變形、破壞模式及極限承載力等分析。得出了以下結(jié)論： 一、對(duì)空心管標(biāo)準(zhǔn)法蘭節(jié)點(diǎn)有： 1. 計(jì)算得到空心鋼管第一類標(biāo)準(zhǔn)法蘭節(jié)點(diǎn)的承拉極限荷載為 2140kN，二類標(biāo)準(zhǔn)法蘭節(jié)點(diǎn)的承拉極限荷載為 5352kN。后者約為前者的 。 2. 計(jì)算表明，法蘭節(jié)點(diǎn)在受拉力作用時(shí)，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(huì)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。其中，法蘭板螺栓孔周圍的應(yīng)力集中主要是由與螺栓與法蘭板之間的擠壓所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力所引起的。而其他區(qū)域的應(yīng)力集中主要是由拉應(yīng)力產(chǎn)生的。 3. 有限元計(jì)算結(jié)果表明，節(jié)點(diǎn)的荷載位移曲線在超過(guò)極限荷載以后無(wú)明顯極值點(diǎn)，經(jīng)過(guò)塑性應(yīng)力重分布后，法蘭節(jié)點(diǎn)從開(kāi)始屈服到最后破壞，具有較強(qiáng)的塑性變形能力和較高的強(qiáng)度儲(chǔ)備，因此其承載力主要取決于塑性階段，在破壞前會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)大變形階段。 4. 徑向方向螺栓外側(cè)的法蘭盤(pán)外邊緣抵緊，相鄰兩螺栓之間的法蘭板隆起，法蘭盤(pán)根部隨著荷載的增加而張開(kāi)。由于法蘭盤(pán)中存在撬力，螺栓栓桿存在嚴(yán)重的彎曲次內(nèi)力，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)關(guān)注。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 78 二、對(duì)連接 H型鋼與空心鋼管的承壓法蘭節(jié)點(diǎn)有： 5. 無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn)由于沒(méi)有傳力板的支承加勁，節(jié)點(diǎn)各構(gòu)件的應(yīng)力水平要比有傳力板節(jié)點(diǎn)高，某些區(qū)域明顯已進(jìn)入塑性階段。無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn)的法蘭盤(pán)、鋼管壁的變形值也遠(yuǎn)遠(yuǎn)比有傳力板節(jié)點(diǎn)大。鑒于此，該異形承壓法蘭節(jié)點(diǎn)的細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)不能采用無(wú)傳力板方案。 6. 有傳力板節(jié)點(diǎn)除個(gè)別應(yīng)力集中點(diǎn)外，各構(gòu)件的應(yīng)力均處于彈性狀態(tài)。法蘭盤(pán)、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(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)合理，基本實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)與立柱桿件的等強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 三、 對(duì)有節(jié)點(diǎn)板連接的空心鋼管節(jié)點(diǎn)有： 7. 對(duì)該節(jié)點(diǎn)的特征值屈曲分析表明，節(jié)點(diǎn)板、加勁肋先于空心鋼管屈曲。一階彈性屈曲系數(shù)為 ，屈曲模態(tài)皆為平面外屈曲。 8. 對(duì)該節(jié)點(diǎn)的非線性屈曲分析表明，在 ，加勁肋板先于管壁屈服而退出工作，此時(shí)，空心鋼管管壁也接近屈服。 9. 在設(shè)計(jì)荷載作用下，除個(gè)別應(yīng)力集中點(diǎn)外，空心鋼管壁的應(yīng)力、變形均處于彈性狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)板、加勁肋也未均見(jiàn)異常，驗(yàn)證了該類節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的可靠性 。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 79 結(jié) 論 1. 由于南寧大橋施工用組合式鋼塔結(jié)構(gòu)特殊，在兩塔柱間橫梁自重及橫梁上纜索吊裝力的作用下，索塔立柱的最大內(nèi)力發(fā)生在內(nèi)側(cè)鋼管立柱頂部，而不是發(fā)生在塔底桿件位置。在橫橋向風(fēng)力作用下吊裝合龍段鋼拱肋時(shí)塔柱處于最不利受載狀態(tài)，此時(shí)中間橫梁的萬(wàn)能桿件受力較小。當(dāng)跨中吊裝鋼箱梁時(shí)，中間橫梁萬(wàn)能桿件處于最不利受力狀態(tài)，而此時(shí)塔柱受力要比吊裝鋼鋼拱肋時(shí)有利的多。 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(jì)對(duì)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。 3. 考慮材料非線性和接觸非線性，計(jì)算出第二類標(biāo)準(zhǔn)法蘭極限抗拉承載力為第一類標(biāo)準(zhǔn)法蘭的 。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(huì)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。隨著荷載的增加，塑性區(qū)不斷發(fā)展擴(kuò)大，最終至屈服破壞。節(jié)點(diǎn)具有較強(qiáng)的塑性變形能力和較高的強(qiáng)度儲(chǔ)備。 4. 有傳力板異形承壓法蘭節(jié)點(diǎn)在受力狀態(tài)、變形程度等方面要優(yōu)于無(wú)傳力板異形承壓法蘭節(jié)點(diǎn)。有傳力板節(jié)點(diǎn)除個(gè)別應(yīng)力集中點(diǎn)外，各構(gòu)件的應(yīng)力均處于彈性狀態(tài)。法蘭盤(pán)、鋼管壁的變形值非常小。節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)合理，基本實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)與立柱桿件的等強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 5. 有節(jié)點(diǎn)板連接的空心管節(jié)點(diǎn)在 ，加勁肋板先于管壁破壞而退出工作，空心鋼管管壁也接近屈服。在設(shè)計(jì)荷載作用下，除個(gè)別應(yīng)力集中點(diǎn)外，空心鋼管壁的應(yīng)力、變形均處于彈性狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)板、加勁肋也未均見(jiàn)異常，說(shuō)明對(duì)該類節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是合理、可靠的。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 80 論文報(bào)告完畢。 感謝各位專家！