斜交框架地道桥的力学特性-月期刊网论文.doc

本文来自中国月期刊网（），转载请注明来源，或到月期刊网进行查询。斜交框架地道桥静力特性分析王丽，杨娟摘要:运用ANSYS有限元分析软件，建立板壳有限元模型进行空间分析。提出了斜交框架地道桥在垂直跨度与垂直宽度不变的情况下顶板钝角处、锐角处负弯矩及桥跨中心线的中点正处弯矩随斜交角度的变化规律所得结论对地道桥的设计思路有一定的参考价值。关键字:地道桥；框架桥；板壳单元；斜交角；受力分析0 引言铁路和公路平面交叉所产生的交通干扰是交通工程中的一个重要问题，而解决的方法是修建正交的或斜交的地道桥。本文根据斜交框架地道桥的实际受力特点，采用板壳有限元模型，计算分析了顶板钝角处、锐角处及桥跨中心线的中点处内力随斜交角度改变的变化规律；按Winkler地基模型，分析了线弹性工作状态下，不同地基系数条件下斜交桥的内力分布规律2，所得结论有助于引导地道桥的设计思路，提高设计效率。1 模型与计算参数1.1模型分析本文以单孔地道桥为分析对象，其构造如图1所示。将地道桥模拟成板壳结构，弹性地基模拟成链杆3，顶板底板和侧墙均采用4结点板壳单元，各板在节点处均为刚性连接，它的底板既是整个结构的基础又可承受外荷载，其板壳有限元模型简化为如图2所示。图1 斜交框架地道桥构造(控制节点位置)图2 地道桥的板壳模型因为斜交框架地道桥顶底板在X0Z平面内转动刚度相对无限大，故。框架式地道桥可以看作为支撑在半无限体上的空间结构。弹性地基上的框架结构，在荷载作用下和地基一起发生变形，而且框架的底板在受力始终和低级保持着紧密接触。地基处理采用温克儿假定，即设想与地基接触的每个单元上有4根弹性链杆，分别连在4个节点上，每根弹簧的刚度相等于与本单元相接触的地基总刚度的。这些弹性链杆只能受压不能受拉。但在实际计算图示中，一个节点往往为几个单元共有，那么该节点所连弹性链杆的刚度为所连单元地基各自分配给它的刚度总和。根据单元面积和地基弹性系数以及指定的链杆安放，计算各弹性链杆刚度5。1.2 计算参数（1）考虑的斜交角度有，取单线铁路框架桥的分布宽度为。（2）采用了3个不同的地基系数，分别为：粘沙土；碎石土；砂岩。（3）碎石道床（包括线路材料），防水层质量，顶板自质量，土侧压力为梯形面载荷,，。(4) 由于结构自质量、列车活载及土侧压力对结构的影响比较大，因此内力计算仅考虑了结构自质量、列车活载及土侧压力对结构的影响 ，忽略了混凝土收缩与徐变、温度等的影响。 因地道桥边墙外侧的填土不发生线位移，也不发生转动，这部分土体处于弹性平衡状态，此时边墙外侧受到的是静止土压力按下式计算: 式中为静止土压力，为静止土压力系统，为填土容量，计算点离土表面的深度。2.斜交角度变化对顶板内力计算的影响为了便于分析斜交角变化对内力的影响，本文采用6个控制节点作为研究对象，其在顶板的分布位置如图1所示。(1)当斜跨度和垂直宽度保持不变时，随着斜交角的增大，斜交框架地道桥顶板锐角处的纵向弯矩呈递减趋势，即在这一点上的纵向弯矩在=0最大，其它角度的值均小于正交时的，其变化规律如图3所示。图3 节点6的纵向弯矩(2)当斜跨度和垂直宽度保持不变且斜交角小于30时，随着斜交角度的增大，顶板钝角处的纵向弯矩呈递增趋势；当斜交角度大于30时，随着斜交角度的增大，纵向弯矩值反而成递减趋势，变化规律如图4所示。图4 节点7的纵向弯矩(3)当斜跨度和垂直宽度保持不变时，随着斜交角的增大，顶板3节点的纵向弯矩呈递减趋势，变化规律如图5所示。图5 节点3的纵向弯矩(4)当斜跨度和垂直宽度保持不变时，随着斜交角的增大，顶板中心点O节点的纵向弯矩呈递减趋势，变化规律如图6所示。图6 顶板中点O的纵向弯矩3.结论(1) 斜交框架地道桥的顶板，其它节点的纵向弯矩值基本在正交时最大，随着斜交角度的增大，纵向弯矩逐渐减小。（2）钝角处，在斜交角度小于时，应力集中现象越来越明显，即随着斜交角的逐渐增大，纵向弯矩逐渐增大，但当斜交角度在40附近时，纵向负弯矩出现峰值。（3）在均布荷载作用下，正交地道桥的纵向弯矩沿宽度方向均匀分布，而斜交地道桥的纵向弯矩沿宽度方向由钝角处想锐角处递减。参考文献：1杨功勤.地道桥结构静力与动力特性的分析J.工程与建筑设计，2002，(6) ：10-12.2 赵雷.彭俊生.斜交地道桥土的相互作用J.土木工程学报，1994，27(5) ：62-673邵蕴秋.ANSYS8.有限元分析实例导航M.北京:中国铁道出版社，2004.4吴鸿庆.任侠.结构有限元分析M.北京：中国铁道出版社，2002.5 冯卫星.王克丽.地道桥设计与施工M.石家庄:河北科