铝合金人行天桥可靠性研究

1、铝合金人行天桥可靠性研究张德伟，李冰，徐愈，王东辉，唐海洋(辽宁忠旺集团有限公诃，辽宁辽阳111003)硝保人行夭桥的可挈使用。 挠度；强度文章编号1006-7523 (202x) 01-0031-04摘要铝令金人行天桥将是铝合金材料的一个更要应用朗域，由于铝会金材料弹性模量相对较 低及对铝合金人行夭桥的设计缺乏经验.铝合金桥梁会存在自抵频率低、德定性差、挠度过大及强度弱 等何题。本文为防止某城市铝合金人行天侨出现上述何场,在设计过程中采用有ih元方法对此籍合金人 行天桥开展白捉兼率、稔定性、授度及强度分析并通过一系列的化化设计，最终实现人行天桥的结构设 计满足的自掇疑率、程定性、挠度及强度的

2、目标要求，关键词铝合金人行天桥；自报频率；勇定性；中图分类号u633.9+1文献标识码a. a刖s铝合金以其密度低.强度比拟高，优良的导 电性、导热性和抗蚀性.加工成形好及可i可收性 强等优势广泛应用于航空.航天、汽车、机械制造、 船他等领域但在侨梁领域我国还处于起步阶段. 国外兴旺国家铝合金人行天桥的应川已经比拟广 泛.技术比拟成熟.相关设计和标准比拟完善. 目前已也造了 400多座铝合金桥梁。但目前我国 主要在北京,上海和杭州等大城巾建0：了数十座 铝合金人行天桥铝合金人行天桥作为城市根底 建设的一局部.有利于城市低碳绿色生态开展. 提升城市的形象c由于铝含金材料弹性模扯相对较低,变形较

3、大.示载能力相对低.同时我国对铝合金人行夭 桥的设计缺乏经验,铝合金桥梁会存在在荷栽 作用下挠度过大，自振频率低和稳定性差等问 题.木文为防止某城市铝合金人行天桥出现上 述问题,在设计过程中采用有限元方法对其结 构进行优化设计此铝合金人行天桥主要采用牌 号6o82-t6铝合金材料一为防止采用焊接而导 效铝合金构件焊接区域强度降低及焊接变形较大 等问题，七要采用摞栓连接方式以保证人行天桥 的承载能力。此铝合金人行天桥有限元模型共 有336万个充单元，332个节点。梁跨中长度为 32000mm,主梁悬臂端k度为1400mm.彳i限元 模型如图1所示。图1铝合金人行天桥有限元模型一、铝合金人行天桥分

4、析工况为了保证铝合金人行天桥在日常使用及极 阳条件下的平安性和可靠性.本文参考cjj69- 95城市人行天桥与人行地道技术标准bit/作古简介张(1981-)用，i£宁忠旺集用4限公司,工程而(b)cecs471-20xx 铝合金人行天桥技术规程的 设计要求-全而评价人行天侨在各种裁荷条件下 仍具备可靠的使用性能在设计开发过程中对某 铝合金人行天桥开展口振频率、恩定性、变形及 强度分析的具体况如下.裁荷加裁如图2所示： 白振频率分析：自由状态,无约束;要求竖 直自振频率3.0hz.侧向自振频率m 12hzo 稳定性分析:人群戮定（4.3kpa） +as;要求格定系数l变形分析：人群栽

5、荷（4.3kpa） +自重;要 求主梁跨中v u6（x=32000龙00=53.3mm.主梁悬 臂端 v ll/300=1400/3（x）=4.7mm强度分柝人群栽荷（4.3kpa冲雪我（0.5kpa） -风载（0.55kpa ） +自重;要求各个构件的应力 不出过屈服强度。图2裁荷示意图二、铝合金人行天桥结果分析1食板频率分析模态分析主要分析产品结构在某一频率范围 内的各阶主要模态的特性，可以预测结构在此频 段内在外部或内部各种鼓励源作用下产生的实际 振动响应。人行天桥在使用过程中的振动响应影 响相对较大的鼓励频率多集中在低频域h振频 率分析主要考虑低频范围内避开行人的行走频 率，防止产生共

6、振，以提升行人行走的舒适度和 天桥的使用寿命.由于铝合金人行天桥重相对 较轻，行人占比拟大，因此需要在考虑行人质里 根底上考察人行天桥自振频率，其振型图如图3 所示.自振频率及振型描述如表1所示q图3振型阳（a） 阶（b）二阶（c）三阶（d ）四阶表1人行天桥自振频率分析吩次质率振型描述11.071阶招转23. 289阶横向刊他（例向（1撮妆率）34. 398阶纵向弯占（登肖臼振箝率15. 330二阶横向建曲结果分析显示，侧向自振频率和竖直自振频 率分别为3.289hz、4.398hz,部满足设计目标（侧 向自振频率m l.2hz,竖宜自振频率m3.0hz）e能 够保证行人正常行走时的舒适感c

7、2. 屈曲稳定性分析结构稳定性是侨梁设计的重要方面，屈曲稳 定性分析就是分析结构是否会在材料未到达其极 限强度就无法继续提供承载能力.当发生失稳时， 虽然结构强度还足够充裕时，（h只需要很小的扰 动,其变形就会迅速增大.最后结构失去其次裁 能力导致结构无法满足预期目标，某铝合金人行 夭桥在人群裁荷和n重条件下屈曲稳定性分析的 位移云图如图4所示。其阶.二阶屈曲稳定系 数分别为5.94. 6.02,符合杨定性要求（任定系 数4）,可以满足人行天桥的人靠使用°(0)(b)图4屈曲分析位移云图(a) 一阶(b)二阶3. 变形分析变形分析是铝合金人行天桥在正常载荷作用 下抵抗变形的能力。为了

8、保证人行天桥在正常行 人栽荷下保证结构的可靠性，天桥必须具备足够 的刖度来保证人行天桥的变形要求，人行天桥的 主梁是主要的承裁结构，考虑人群栽荷根底上计 算天桥主梁掀大侥度是否满足设计标准妥求，变 形图如图5所示。(b)图5变彩分析i a)整体位移云图(b i主梁变形技线图通过计算结果分析.人行天桥的左偷主梁的 最大变形砒为34.96mm.右侧主梁的最大变形ht 为34.77mm,底部左、右侧主梁变形某本一致且 曲线无突变情况兼大挠度为34.96,满足口 标要求(< 53.3mm )；悬皆端的最大变形量为 0.86mm.满足目标要求(< 4.7mm )。4.强度分析强度分析是铝合金

9、人行大桥在极限载荷作用 下抵抗破坏的能力,人行天桥在实际使用过程中 会胴受各伸各样的载荷不同组合下的号验.天桥 必须能墀承受各种载荷卜的极限状态，保证人行 天桥仍然能锣正常使用,按人群栽荷(4.3kpa) +雪载(0.5kpa ) +风载(0.55kpa ) +自重组合 极限载荷作用下验证大桥的承载能力，确保各个 构件的应力不超过其材料的屈服强度，强度分析 如图6所示。<a)(b)图6强度分析(a )整体应力云图(b)主梁应力云图经分析.人行大桥的最大应力为254.9mpa, 位堂在人行天桥主梁k. m材料为6082t6,低 于材料的屈服强jit(26ompa) .天桥能够在承受 极限载

10、荷工况下能保持其结构强度,三、结论木文主要对某铝合金人行天桥进行自振频 率、柜定性.变形及强度分析.结论如j1. 人行天析的刑向h振频率和竖宜自振频率 分那么为3.289hz. 4.398hz.部满足口振频率目标.2. 人行天桥的一阶屈曲柩定系数为5.9.满 足稳定性要求)3. 人行天桥主梁的最大挠度为34.96mn满 足目标要求(< 53.3mm )；悬科端的最大挠度 为0.86mm,潢足目标要求(< 4.7mm ),满足 变形要求。4. 人行天桥在极限裁荷组合作用下的各个零 部件的应力均未超过屈服强度，漪足强度设计要 求。燎上所述.在设计过程中采用有限元方法优 化设计，人行大桥

11、的结构设计能潸足的自振频率、 稳定性、变形及强度的目标要求,能够保证人行 天桥的可靠使用。参考文就iii程子健杜晓燕梁合金人行大桥设h分析知514城ivifiwf与防洪，20xx.12陈立超张3豪.张很伟,孔* .李冰,况哮.刘瑞律fb合金拱形桁架悟力学性能模拟分析(ji.世羿，色金s . 208.(12h92- 193.3孙艳丽钳合金人行天侨设计及结构分析(j|.湖i南文通科技,20)8.44,(03：153-57.4|物建国,兄利n i冰焕.姓常华王小军点秀忠.西单钳合金桁架人行天桥荷税试姓及水级能力分whj1.工业理st 20xx.39. (s1w59-562. 物建司.钳合金桁架大拼荷

12、徵试以及成枚分析几结构工程fif,20i1.27,(sl)：280-2m.16|徐也8钳合金人行天桥结构分析id.杭州:浙江大孚,2007.|7|刘扬.某钳合金人行大桥的结构分析idj.南8 :肉&大学.20xx.8程晓东.张治或.谢旭.等.幼合金人代大桥的结构您定性分析c全ui侨梁学术会议,3308.reliability study of .aluminum alloy pedestrian bridgezhang de-wei, li bing.xu xin. wang donghui.tang hong-yang(liaoning zhongwang group co.lld.

13、 liaoyang 111003, china)abstract: aluminum alloy pedestrian bridge will be an important application field of aluminum alloy materials . due to the relatively low elastic modulus of aluminium alloy materials and the lack of experience in the design of aluminium alloy pedestrian bridges, it has low na

14、tural frequency, poor stability, large dctbnnation and weak strength etc. in order to avoid the problems this paper uses finite element method to analyze the natural frequency, stability, deflection and strength of an aluminium alloy pedestrian bridge in (he design process and a series of optimization designs, finally it can achieve the objective r