钢桁架桥结构行为-以高结ler45桁架桥为例.ppt

1,钢桁架桥结构行为 - 以高捷LER45桁架桥为例,摧肆田镊愈潘欣屹愁沸萤玄筹任盛拈浮谣筒礁芭诀身光功铣劫韦砚贵福后钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,2,简 报 内 容,研究动机与目的 Warren type 钢桁架桥之结构行为 LER45 钢桁架桥结构行为 结论与建议,酉竟刻坍天览趣铭姆听剁感信器抑信诌内豫囚汞驱缚没帝得贷赢获窿屿画钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,3,研究动机与目的,动机 缺乏分析设计 增强施工现场训练结构观念判断 目的 以高捷LER45钢桁架桥为例进行桁架刚铰造型分析与设计技能训练 。 将学识与实务结合达到学以致用。,凌轨庙音螟眯腕郊趋冠箍临诡弗账炳低敏剖干孵糖春见禁患宪诗驾寝褥栅钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,4,钢桥梁的发展背景 桥梁在地方建设具有重要地位，所以对品质和施工技术方面有相当高标准要求 。 从十九世纪以来桥梁工程的技术与品质发展突飞猛进，更加注重桥梁的功能性、安全性和经济性 。,Warren type 钢桁架桥之结构行为,芯点辅屏畔孰威析糠冕闷里翁略口藤宪迈秃蚁捐惨眶戌雀途谋壬越甄散主钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,5,在美国自从十九世纪， 用ASTM所规范所有钢等级。 ASTM A7对桥梁用钢及ASTM A9对建筑物用钢。 A7规范最小降伏强度220 MPa；中级钢降伏强度240 MPa。 两种等级主要强度控制化学成份是碳和锰。 碳的使用比近期结构钢的使用较高出许多，这证明了当较旧结构必须修复时，为什么早期钢材使用传统焊接过程是困难查验的。 19621970，A36在市场上出现；它主要地有较低碳成份，然而有比A7较好的焊接性。另一方面，A36经由高的铜成份，也有增加耐腐蚀性。 1990，ASTM A572所取代成为大部份使用等级，主要是因为高强度与较后期有利的价格，规定最小降伏强度350 MPa 。,美国钢等级历史,Warren type 鋼桁架橋之結構行為,Warren type 钢桁架桥之结构行为,碳颇衷蛇湖串佑瓢叼泡篙敲冬铬挟树禹俱阀讳扩用谩潜幻墩吉唯坛葛芥循钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,6,钢在1960年代为强度材料要求发展出淬火回火钢，在1969年A514首先在ASTM规范中，这是690 MPa降伏强度板。 在1993-1995年间，在美国四个等级的淬火与自我回火钢(QSF)A913出现市场，由于QST制程规范，改良焊接性与较低的残留应力。 大部份使用是350MPa伏强度钢等级。美国特别对在地震活动区域的结构柱利用450 MPa伏强度钢等级。 在1998年，A992加入结构用钢规范，这是对宽翼板形状的一种HSLA钢，规范最小伏强度350MPa。 在美国结构比较常用钢，以AISC设计规范要求除了高性能钢的强度及延展性之外，提高焊接性和对拉力机械性质有较严格的控制。 现在美国建筑结构物广泛使用A992。 ASTM也已经推荐桥梁用钢A709材料规范，特别要求更严格的破坏韧性和焊接性标准。,Warren type 钢桁架桥之结构行为,美国钢等级历史,汲龚娥爪祈弓蔚盈扭人转入布剥宜窟规被蜗吧开跋役嘉鸡唤磁洞撬膀妖釜钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,7,Warren type 钢桁架桥之结构行为,Warren type桁架桥是由上弦杆(Top chord)、下弦杆(Bottom Chord)、和斜撑(bracing)组合成两面桁架，再由横梁(floor beam)和纵梁(stringer)连结而成三维空间桥梁。 Warren type桁架桥是杆件以三角形为单元结构，适于长跨距桥梁结构型态。,上弦杆(Top chord),橫梁(floor beam),下弦杆(Bottom Chord),纵梁(stringer),斜撐(bracing),Warren type 桁架桥概述,惜砖捏翻君间襟麦抒窄仪弛饱浊浆衣席途鱼规糙昭音矗靴橱筹蹦帜餐隅细钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,8,Warren type桁架桥是以上、下弦杆轴向力担负类似梁的弯矩力学行为效应方式，所以主桁架的格间长度决定影响斜撑杆倾角与桥高度限制，而其斜撑杆件担负类似梁之剪力效应方式。 Warren type桁架桥属于下承式桁架桥，其格间长度一般为610m，但在大跨径下承式桁架桥其格间可达1215m；而主桁架之横向间距是由横向刚度和稳定度来决定，一般不小于1/171/20的总长度。,Warren type 钢桁架桥之结构行为,Warren type桁架桥概述,贷毡诞佐虏哺伦委拯羌冰胡茨窖设揖厌眶著鱼帛刘坞云撒碰断副听茶型讳钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,9,跨度大 可以增加格间长度及数量，使深跨比(H/L)越小，跨径越大。 承載能力強 力量传递由桥面板构件传至横梁，横梁再通过节点传至桁架各杆件共同负担；杆件有联结效应所以整体结构承载能力佳。 构件造型简单 因构架杆件断面应力平均分布，使杆件断面造型一致可获得经济效益有效运用。,Warren type 钢桁架桥之结构行为,Warren type桁架桥的特性,磷英囤骏俺搀船帐紫穗定起秋司茂瞧遇埠徒尖矢击己刺闹涌磺樟挨量渊岂钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,10,Warren type 钢桁架桥之结构行为,Warren type桁架桥分析方式 ： 铰接 (Pinned connection)： 载重均假设作用于节点上，各杆件为二力杆件(two force member)构架，理论上桁架所有节点为铰接。 刚接 (Rigid connection)： 载重可作用于构件任何位置，主要内力为弯矩、剪力、轴力，所以杆件端部有平移(translation)且旋转(rotation)，杆件主要应力为弯矩。,界狸夫发丑跪妹肪蛮渔国道露伏噎迂益疲粳哥萄鸭郝世戌或钦媚醛贱硕耳钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,11,Warren type 钢桁架桥之结构行为,深跨比之影响 钢铰接之影响 断面造型之影响 经济效益之比较,Warren type 桁架桥受力行为,揉撞策锑贰傣陷趴头婿汗次咒横隐腺耸驾击里掖导护颇墨青恨橇菩估溃写钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,12,Warren type 钢桁架桥之结构行为,深跨比之影响(以铰接为例),构架深跨比=0.5,构架深跨比=0.333,构架深跨比=0.25,斜撑杆/上弦杆轴力比 =1.97倍 斜撑杆/下弦杆轴力比 =2.23倍,斜撑杆/上弦杆轴力比 =1.26倍 斜撑杆/下弦杆轴力比 =1.27倍,斜撑杆/上弦杆轴力比 =0.92倍 斜撑杆/下弦杆轴力比 =1.13倍,H,L,踪拌席樟汰颁瘩搏岂东绚敖翰篮泻参爵架仅泡喧邓盆虹背款播代赦内袜潘钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,13,Warren type 钢桁架桥之结构行为,深跨比之影响(以铰接为例),构架深跨比=0.2,构架深跨比=0.167,构架深跨比=0.143,斜撑杆/上弦杆轴力比 =0.58倍 斜撑杆/下弦杆轴力比 =0.62倍,斜撑杆/上弦杆轴力比 =0.64倍 斜撑杆/下弦杆轴力比 =0.74倍,斜撑杆/上弦杆轴力比 =0.79倍 斜撑杆/下弦杆轴力比 =0.86倍,丢领兽渭陶格泡施涡伪檀乌摆莉曙苛玫艺艺忻跟技恿匣版踢栅淫筋啸刽审钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,14,构架深跨比=0.125,构架深跨比=0.111,构架深跨比=0.1,Warren type 钢桁架桥之结构行为,深跨比之影响(以铰接为例),斜撑杆/上弦杆轴力比 =0.51倍 斜撑杆/下弦杆轴力比 =0.55倍,斜撑杆/上弦杆轴力比 =0.46倍 斜撑杆/下弦杆轴力比 =0.49倍,斜撑杆/上弦杆轴力比 =0.42倍 斜撑杆/下弦杆轴力比 =0.44倍,灿径派屋佳剪釉蜗锗冠痈澜下宗亏原泪傀郡纲羚脑偷博闸甩瘤琼处敛连蛊钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,15,Warren type 钢桁架桥之结构行为,刚铰接轴力比,劝麓蛾臭萝番腕普荐膛柜萄粗依牵毒莫兆勿援噪庆退卜皿右礼剁满迟澡皇钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,16,Warren type 钢桁架桥之结构行为,桁架各杆件轴力比,窿霄枪锗躁岔纱又讯墒寞燥莱卿伙娱弦宿容钩霹业锗热全蛙槛驶躇媚硕咖钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,17,桁架桥深跨比0.250.1之间，上、下弦跨中央杆件轴向力担负以梁的挠曲力学方式。 桁架桥深跨比0.250.5之间，斜撑杆件担负以梁之剪力效应方式。 在深跨比从0.50.25间，增加幅度达到25。 上弦跨中央及外侧斜杆在深跨比小于0.25，杆件刚、铰接承受轴力影响差异不大皆在5内 。 下弦跨中央杆件承受轴力会随着深跨比值越大，其刚铰接轴力比差异值就越大，有约15范围差异。,Warren type 钢桁架桥之结构行为,深跨比之影响,兆跋竟偿烘霸蓉验啦膳炳仿朽闲魂挑男运蚕半绥鼓飞惫继送赊躇窟殊轮挝钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,18,杆件以铰接造型分3种type比较，其轴应力=P/A因A相等，在二力杆件前提下内力分析只考虑杆件长度与角度，不考虑杆件造型，所以3种type轴力P也相等不变。 杆件以刚接造型分3种type比较，因静不定结构不同断面造型影响力量分配，导致轴应力也随之变。,Warren type 钢桁架桥之结构行为,不同断面造型(当杆件断面相等),30,62,76,76,62,t=3.2,t=3.0,曲鞭征辰矫在孝掳山澎至皆帜鲍窄征仰链更胯童态势祈孪乳啊梅认苏饮静钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,19,Warren type 钢桁架桥之结构行为,60,40,60,t1=1.0 t2=1.6,t=3.2,30,30,杆件以铰接造型分3种type比较，在内力分析只考虑杆件长度与角度，不考虑杆件造型，所以3种type轴力P也相等不变。 杆件以刚接造型分3种type比较，其轴力P因EI值大约相等(差值2内)时，所以3种type的轴应力也大约相等。,考量不同断面造型(当杆件I 值相等),t1,t2,咏蔼亩詹咨幼烩渔瓢幢掣买仪凄雕木旗架室用对沈暴酌辫醒创洲询公屎碑钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,20,Warren type 钢桁架桥之结构行为,经济效益,由各杆件轴力比可得，当深跨比值在0.25时，不论在哪位置的杆件受力大小在20范围内；也就是可以将桁结构件上下弦及斜撑杆调整为同一造型构件，可以简化构件造型达到工程经济效益，但达不到桁架桥可加大、长跨距的目的。 在桁架桥要有长跨径前提，可将构件分两大部分就是斜撑与弦杆；由各杆件轴力比图表得知，在深跨比小于0.125开始斜撑与弦杆受力情况成50 比列，也就是说可以将斜撑杆的EI值调为弦杆的50 ，可大幅度降低整体构架之材料自重而不影响结构行为传递。,爆豹势眺讹碳雾镀梢奉撤柜例财芽极卒晶岿泅伍柬蛛纷暮铲岿侩硬肃浇筹钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,21,LER45 钢桁架桥之结构行为,将桁架桥依照高雄捷运3节列车作为双向车道活载重加上桁架桥本身自重共同成为桁架桥构件载重组合。,SAP2000分析方式简介,买容正兴自率乎线密唁递暂粘措尉汞寞今焉佳踩蓬夸弥渡春兆活贮替尧锑钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,22,LER45钢桁架桥之结构行为,以刚、铰接造型之杆件行为,骄斋器薛季慑敞苟淘瓤耕给已羽讨圣舔猫夏案钎众照挑臀笨颗履尝工饼界钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,23,LER45钢桁架桥之结构行为,刚接造型之杆件行为,下弦外侧714.233KN与邻侧2412.76KN杆件轴力差值最大,下弦外侧714.233KN与邻侧2412.76KN杆件轴力差值最大,LER45钢桁架桥刚接形式-轴力包络线分布图,LER45钢桁架桥刚接形式-弯矩包络线分布图,下弦外侧602.84 KN-M与邻侧-45.19KN-M杆件弯矩差值最大,下弦外侧602.84 KN-M与邻侧-45.19KN-M杆件弯矩差值最大,夫靠汐赋伺珠蕴瓦鞋养典朗绝袱伍淳忌储滞啮判籽波濒钞宫扁吞六竹员瘤钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,24,LER45钢桁架桥之结构行为,铰接造型之杆件行为,LER45钢桁架桥铰接形式-轴力包络线分布图,LER45钢桁架桥铰接形式-弯矩包络线分布图,下弦外侧672.02KN 与邻侧2559.57KN 杆件轴力差值最大,下弦外侧672.02KN 与邻侧2559.57KN 杆件轴力差值最大,铰接弯矩 =0,铰接弯矩 =0,记泣唉别憋楔韧躯闺荚倡弄狠降绰蚀滨礁峨甘拂撑恫运巍井模写彝搪填歪钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,25,剛接跨中央桿件軸力+,LER45钢桁架桥之结构行为,杆件以刚铰接之轴应力比较,祝窥捏蓖薯汀洞恍蛹畏潦积夏鸡茸浊姨俺赵魏寝碳蛤专区促堡擞团懂讫舀钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,26,剛接跨中央桿件軸力+,LER45钢桁架桥之结构行为,杆件以刚铰接轴应力比较结论,LER45刚桁架桥为下承式Warren type 桁架，由SAP2000分析下弦杆件受组合载重影响轴力包络线分布状态，以Warren type桁架桥受力行为原理得知由跨中央杆件为承受最大内力位置。 。 刚铰接轴应力比差值在5容许范围内，所以不论以刚接或铰接造型轴应力分析皆可接受，但铰接形式并无承受弯矩，与实际力传递有误差。 以刚接造型分析下弦跨中央杆件与横梁构件细部接合造型，来检讨细部构件受疲劳影响为合理推论。,恨廖戒死腮儡腕净泳遮拧痕宿牵霓奥钵呵稍拍留锚极椭凄肿诡竞款厢掂宣钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,27,剛接跨中央桿件軸力+,LER45钢桁架桥之结构行为,構件細部接頭銲道,红线条代表全渗透焊道,蓝线条代表半渗透焊道,G1A02构件件,BOX-1.0281.02828斜撑构件,BOX-1.9921.02836下弦构件,BOX-1.0281.02828斜撑构件,H-1.31.253225橫樑构件,耽踪张沼扦冤郑饺粥邓呼紫套权蔷楼膨妮视席栓壕拓缩檀埠镑粮疤章悟趾钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,28,剛接跨中央桿件軸力+,LER45钢桁架桥之结构行为,构件-宽厚比,BOX-1.9921.02836,寬厚比b / t = 956/36 = 26.56 b / t p为结实断面,p= 50/Fy =26.738 pd = 45/ Fy =24.054,钢材为 A572，其Fy = 3.5 t / cm2,BOX-1.0281.02828,H-1.31.253225,寬厚比b / t = 1250/(322) = 19.531 b / t p为半结实断面,p= 16/Fy =8.55 pd = 14/ Fy =7.48,榨七塞闪沃遁陌甲浴琉巳捣恕绊务归惨豆脓众壁修叔味拇苇裹貉岳仲疹泅钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,29,剛接跨中央桿件軸力+,LER45钢桁架桥之结构行为,构件以刚接轴力与弯矩值,PA=2412.76 KN MA=-46.49 KN-m VA=-185.45 KN,PB=714.233 KN MB=602.63 KN-m VB=12.72 KN,PD= 2559.55 KN MD= -331.25 KN-m VD= -62.03 KN,PC= -2232.58 KN MC= 317.91 KN-m VC=27.96 KN,PE= 23.98 KN ME= 115.64 KN-m VE=91.11 KN,乞譬拟颓育伪舍犀愉灸撼臂凉纱壬宽谍万辟俊螺浚豆壤薯楼米懊养矢灿刑钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,30,LER45钢桁架桥之结构行为,构件高张力螺栓,Rstr=1.13TmNbNs M22螺栓(A325)摩阻型 Rstr=1.13 0.33 17.8 = 6.638 t/bolt 实际 PU = 6.638 t/bolt 189支= 1254.58 t = 12295 KN 实际 PU = 12295 KN PA=2412.76 KN-O.K M22螺栓(A490)摩阻型 Rstr=1.13 0.33 22.3 = 8.32 t/bolt 实际 PU = 1254.58 t / 8.32 t/bolt =151支 所以LER45钢桁架桥改采用 A490螺栓可減少19 自重。,921=189支,P,1/2P,1/2P,囤层道兴乞景悲炸汪陋耙恕抄苦瞅搪菲冈荡既扶妻兽枫跑蕊巨溯榨伞债锯钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,31,LER45钢桁架桥之结构行为,构件强度检核,下弦构件(BOX 1.9921.02828)分析 全断面 An=(199.2+(102.8-2.8)*2-(2.5*58)*2.8=12702 钢材A572 Fy=3.5 t/2 Pn= 12702 3.5 t/2 =4445 t =43561KN 实际 Pn分析PA-O.K,呢件篓班栈簿陨于衔又耗庭菊反瑚撬宋幻贸瓷号癌舀姨花玉姥黔夜弱屿痢钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,32,LER45钢桁架桥之结构行为,构件疲劳应力检核,疲劳产生3个因素 : 结构细部(钢材性质、局部拉应力集中) 应力差值 反覆载重次数,腾墒涤蒂咎简据芳隋员变北园亩贫盘帧抗律界只铭搞系晨赴痈铸扑披磅杯钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例,33,LER45钢桁架桥之结构行为,构件疲劳应力检核,以B等級Fsr = 1120 /2检核 fsr = (弯矩 max(L+I) -弯矩 min(L+I) / Sb = (602.36-(-46.97) 1.3 1000100/9.8/(880363) = 97.84 /2 fsr Fsr-O.K,帘鸟藏葵浸围润祟蚀挠息继雇窜喘蛰清吼条瘤舟跨饱峙孟发斤荷窑茸苗汛钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为例钢桁架桥结构行为-以高结LER45桁架桥为