【正文】 2[16a連接系桿件。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 46 圖 104(順風(fēng) )索塔一階失穩(wěn)模態(tài)示意圖（ λ=） 以上兩種方法表明：不管是采用等效壓桿方法來驗(yàn)算索塔的整體穩(wěn)定承載能力，還是采用空間有限元方法來驗(yàn)算索塔的特征值穩(wěn)定系數(shù)，南寧大橋施工用組合式鋼索塔設(shè)計(jì)能滿足整體穩(wěn)定的要求。對(duì)索塔立柱和聯(lián)結(jié)系桿件來講，安裝合龍段西拱 8號(hào)鋼拱肋節(jié)段 +橫向風(fēng)荷載時(shí)為最不利施工階段。 ? 計(jì)算結(jié)構(gòu)表明，各施工工況下索塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力或承載能力均能滿足規(guī)范的要求。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 48 第五章 索塔局部節(jié)點(diǎn)有限元分析 圖 第一類標(biāo)準(zhǔn)法蘭模型平面及三維圖 圖 第二類標(biāo)準(zhǔn)法蘭模型平面及三維圖 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 49 +00+06+06+06+06+06+06+06+06+06+070 5 10 15 20 25 30位移（m m ）荷載（N）第一類標(biāo)準(zhǔn)法蘭第二類標(biāo)準(zhǔn)法蘭 有限元模型計(jì)算中采用位移增量加載方式，將鋼管一端邊界固結(jié)，另一端施加位移。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 50 圖 (單位： mm)（放大倍數(shù) 20） 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 51 ?對(duì)空心鋼管、加勁肋的應(yīng)力分析 （ a）一類標(biāo)準(zhǔn)法蘭 （ b）二類標(biāo)準(zhǔn)法蘭 圖 （不包括螺栓）的等效應(yīng)力云圖（ MPa） 在鋼材用量增加有限的條件下，第二類標(biāo)準(zhǔn)法蘭節(jié)點(diǎn)要比第一類標(biāo)準(zhǔn)法蘭的材料利用率高，在抗拉性能方面，第二類標(biāo)準(zhǔn)法蘭節(jié)點(diǎn)也更接近于與管桿等強(qiáng)。由于所加荷載為鋼管的軸向方向，因此， Z方向的應(yīng)力云圖也一并列出。 由第三強(qiáng)度理論（最大剪應(yīng)力理論）應(yīng)力云圖可以看到，法蘭板螺栓孔周圍的應(yīng)力集中主要是由 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 。 隨著荷載的增加，這些區(qū)域首先進(jìn)入屈服并逐漸形成塑性區(qū)，但此時(shí)并不意味著節(jié)點(diǎn)立即破壞，荷載仍可以繼續(xù)增加。由于塑性應(yīng)力重分布，應(yīng)力集中區(qū)域的應(yīng)力值和非集中區(qū)域的應(yīng)力值的差值逐漸縮小。 整個(gè)加載過程中，加勁肋板之間的鋼管部分應(yīng)力集中系數(shù)則一直較小，而加勁肋板底部邊緣、鋼管與法蘭板焊縫連接處以及法蘭板螺栓孔周圍的應(yīng)力集中一直較大。取第二類標(biāo)準(zhǔn)法蘭節(jié)點(diǎn)的屈服荷載 5352 kN作為該類節(jié)點(diǎn)的極限荷載。模型計(jì)算中沒有考慮節(jié)點(diǎn)區(qū)焊縫以及殘余應(yīng)力對(duì)鋼管節(jié)點(diǎn)承載力的影響，并假定焊縫連接與結(jié)構(gòu)等強(qiáng)。節(jié)點(diǎn)板 WJB36與 H型鋼立柱翼緣連接處的底部、加勁肋 FLP1－ 1與 H型鋼立柱翼緣連接處應(yīng)力水平較高，該三處某些區(qū)域屈服進(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的螺栓孔處，為 。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 61 ?大 H型鋼立柱加勁肋 FLP1－ 1 無傳力板節(jié)點(diǎn)的 有傳力板節(jié)點(diǎn)的 圖 FLP1－ 1 的 Von Mises應(yīng)力云圖 對(duì)無傳力板節(jié)點(diǎn)而言，最大應(yīng)力出現(xiàn)在加勁肋 FLP1－ 1與 H型鋼翼板連接處，為 ，在 H型鋼腹板平面內(nèi)的加勁肋應(yīng)力水平較高，全截面進(jìn)入塑性階段。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 62 ?上法蘭盤 無傳力板節(jié)點(diǎn)的 有傳力板節(jié)點(diǎn)的 圖 Von Mises應(yīng)力云圖 對(duì)無傳力板節(jié)點(diǎn)而言，最大應(yīng)力出現(xiàn)在型鋼腹板平面內(nèi)加勁肋 FLP1－ 1與上法蘭盤面的接觸處，為 。 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下方的上法蘭邊緣處，為。整個(gè)上法蘭盤面上只有最大應(yīng)力處的很小局部區(qū)域進(jìn)入塑性階段。下法蘭盤與空心鋼管接觸處的圓環(huán)形區(qū)域應(yīng)力水平較高，局部區(qū)域進(jìn)入塑性階段。下法蘭盤與空心鋼管接觸處的圓環(huán)形區(qū)域、下法蘭盤與傳力板接觸區(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 64 ?空心鋼管 無傳力板的 有傳力板的 圖 Von Mises應(yīng)力云圖 對(duì)無傳力板節(jié)點(diǎn)而言，最大應(yīng)力出現(xiàn)在空心鋼管頂部?jī)?nèi)緣與下法蘭盤接觸處，為，鋼管頂部局部區(qū)域進(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 。 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 無傳力板的 有傳力板的 圖 Von Mises應(yīng)力云圖 對(duì)無傳力板節(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 。 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 。 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型鋼柱傳遞下來的壓力，并最終把壓力傳遞到空心管壁上。 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。 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 下法蘭盤 空心鋼管 鋼管加勁肋 傳力板 無傳力板節(jié)點(diǎn) 有傳力板節(jié)點(diǎn) 無傳力板節(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。無傳力板節(jié)點(diǎn)和有傳力板節(jié)點(diǎn)應(yīng)力分布不同：無傳力板節(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。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。 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 。 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 ?？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，已超過屈服值。 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)超過屈服應(yīng)力，螺栓孔附近區(qū)域進(jìn)入塑性階段?？招匿摴茉诠?jié)點(diǎn)板 N11范圍內(nèi)以及管壁在無節(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。 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。由此可知，加勁肋板先于管壁屈服退出工作。 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。后者約為前者的 。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。 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極限荷載以后無明顯極值點(diǎn)，經(jīng)過塑性應(yīng)力重分布后，法蘭節(jié)點(diǎn)從開始屈服到最后破壞，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)過一個(gè)大變形階段。由于法蘭盤中存在撬力，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。無傳力板節(jié)點(diǎn)的法蘭盤、鋼管壁的變形值也遠(yuǎn)遠(yuǎn)比有傳力板節(jié)點(diǎn)大。 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)。 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。 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。 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。當(dāng)跨中吊裝鋼箱梁時(shí)，中間橫梁萬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。 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 。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。 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)于無傳力板異形承壓法蘭節(jié)點(diǎn)。法蘭盤、鋼管壁的變形值非常小。 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。 橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 80 論文報(bào)