装配式公路钢桥力学分析计算

1装配式公路钢桥力学分析计算MechanicsAnalysisandCalculationtheAssembly-highwayStellBridge刘少锋LiuShao-feng路桥集团郴州筑路机械厂，湖南郴州423000ChenzhouRoadConstructionMachineryRactoryChinaRoad&BridgeGroup，Chenzhou423000，China摘要：本文介绍了装配式公路钢桥的组合形式及其力学分析，钢桥构件数量的自动计算，程式的实现。Abstract:Thetypesofassemblysteelbridgeanditsmechanicalanalysisareintroducedinthispaper.Alsointroduceshowtocalculatetheassemblysteelbridgepartsautomaticallyandhowtoprogram.关键词：装配式公路钢桥；构件数量计算Keywords:assemblysteelbridge;calculateassemblysteelbridgeparts0引言我厂生产的“321”装配式公路钢桥是一种可分解的、能快速架设的主要用于抢修的制式桥梁[1]。主要由桁架、销子、横梁、横梁夹具、有扣纵梁、无扣纵梁、阳头端柱、阴头端柱、斜撑、支撑架、联板、抗风拉杆等构件组成。用公路钢桥器材架设的桥梁的基本形式为单跨、半穿式桥梁，主梁断面组合形式有单排单层、加强单排单层、双排单层、加强双排单层、双排双层、加强双排双层、三排单层、加强三排单层、三排双层、加强三排双层等。在工程应用中，需要根据工程实际情况确定主梁的断面组合形式，进而计算架设桥梁所需构件。但为了确定主梁的断面组合形式，必须根据力学计算在最大荷载时桥梁的最大弯矩及桥梁的最大剪力，通过多次试算最终确定其组合形式。由于我国“321”公路钢桥的技术资料没有公开发表，只提供了几种载荷下的荷载与跨径组合表[2]，并未介绍在非标准载荷下如何计算确定桥梁的组合形式，人们大都是凭经验确定，因而桥梁坍塔事故时有发生。随着“321”公路钢桥应用领域的大幅拓展，如今“321”公路钢桥广泛应用于架桥机、混凝土箱梁的悬浇挂篮、桥梁施工支架及各种用途的龙门吊架等，这使得编制程式简化计算并确定公路钢桥的组合形式进而确定桥梁的构件数量显得尤为重要。1力学计算模型对于单跨桥梁可简化为简支梁计算，其最大弯矩在梁的中央，最大剪力在梁的支座。工程应用中，经常遇到的是超重车辆，而非标准荷载，如重型卡车，其对桥梁的作用力如下：2图1汽车重心位置F1：汽车前轴对桥面的作用力F2：汽车第二轴对桥面的作用力F3：汽车第三轴对桥面的作用力L1：汽车第二轴到前一轴的距离L2：汽车第三轴到第二轴的距离X：汽车第二轴到重心的距离Ln：汽车第n+1轴到第n轴的距离Fn：汽车第n轴对桥面的作用力对汽车重心取矩得到下列方程：F1(L1-X)=F2(X)+F3(L2+X)+F4(L3+L2+X)+…+Fn(21niLi+X)由此解得X=1321)1(11nKninJFkLjFiLF桥梁剪力计算如下：3图2桥梁剪力计算简图N1：桥支座1对桥梁的作用力N2：桥支座2对桥梁的作用力L:桥梁跨度对桥支座2取矩得到下列方程：N1*L=0.5Q静*L+Q活K（1+U）（L-21nJLj-X）①Q静：桥梁半桥自重K：桥梁横向分配系数1+U：冲击系数Q静=gL（g：桥梁半桥每米的自重。单位；kN/m）②K=0.5+E/B③E=（bL-tL）/2（bL:桥梁的通车宽度，tL:汽车轮距）④1+U=1+w5.3715⑤B：桥梁行车宽度⑥w：汽车轮胎轴向最大中心距⑦据此求得桥支座1对桥梁的作用力N1，从而求得半桥的最大剪力，大小为N1。当汽车重心位于桥梁的中心位置时桥梁的弯矩M最大。Mmax=M静+M活K（1+U）M静：桥梁自重产生的弯矩M活：汽车荷载产生的弯矩M静=81gL2M活=211nKFnL4据此求得Mmax=81gL2+211nKFnLK（1+U）由所求得的最大剪力和最大弯矩可确定桥梁的断面组合形式，但还必须进行桥梁的纵梁和横梁的强度校核，以确定桥面系构件的承载能力[3]。装配式公路钢桥的桥面系由纵梁、横梁、桥面板等构成。横梁5.58m，架于由桁架组成的主梁上，每节桁架内最多可设4根，一般只设2根。纵梁长3m，宽1.22m，架设于桁架上，装配式公路钢桥的标准通车宽度为3.7m，在桥梁横断面内，布有四组共12根纵梁，其间距为34.9cm。纵梁受力计算如下：图3纵梁受力图作用在每一根纵梁上的力为：P=0.5Fmax*34.9/122汽车产生的最大弯矩：M=81Fmax（1+U）1+U=1+l5.3715（l：横梁间距，单位：cm）汽车产生在端部的最大剪力：Q=0.57P（1+U）纵梁的截面应力校核：σ弯=M/Wz[σ弯]τ=Q/3.852〈[τ]计算时先按标准的横梁数（每节两根）计算，剪力或弯矩不满足时，如未超差1%，则不必增加横梁数，否则必须增加横梁数。增加横梁数后必须重新计算不满足条件的弯矩值或剪力值，在满足条件后重新计算桥梁的最大弯矩值和剪力值，并据此求出桥梁的断面结构形式。2计算图表处理计算桥梁断面组合形式时用到的图表有桥梁每节重力表、半桥的桁架容许5内力表、标准荷载时使用的荷载、跨径、桥梁配置表。计算构件数量时用到的图表有各类桥型构件计算表、鼻架数量表。对于这些数据图表可存储为数据库Bridge中的数据表。各表结构设计如下：桥梁每节重力表设计表Table1(BridgeType,BridgeWeight,NoseWeight)BridgeType:桥梁类型BridgeType:每节桥梁重梁NoseWeight:鼻架重量半桥桁架容许内力表Table2(BridgeType,BendingForce,ShearingForce)BendingForce:容许弯矩值ShearingForce:容许剪力值标准荷载时使用的荷载、跨径、桥梁配置表Table3(BridgeType,BridgeSpan,LoadType)BridgeSpan:桥梁跨径LoadType:标准荷载类型桥型构件计算表Table4(BridgeType,Trus,Pin….)Truss,pin….:桁架、销子等桥梁构件鼻架数量表Table5(BridgeType,SingleNoseNumber,DoubleNoseNumber,BridgeSpan)SingleNoseNumber:单排鼻架数量DoubleNoseNumber:双排鼻架数量3编程实现构件计算流程如下:6图4构件计算流程图数据库的连接采用ADO连接，其连接的主代码如下：DimCN1AsNewADODB.ConnectionCN1.Provider=sqloledbDimprovStrAsStringprovStr=Server=+Server+;Database=Bridge;UID=User;pwd=123456CN1.OpenprovStr数据库的提取采用查询语句实现，查询主代码如下：DimStrasStringDimRSAsNewADODB.RecordsetStr=”selectBendingForce,ShearingForcefromTable2whereBridgeType=”+BridgeTypeSetRS=CN1.Execute(Str,,,CmdText)构件数量计算的核心代码：ApproachNum=IIf((Int(spanvalue/6))(spanvalue/6#),Int(spanvalue/6)+2,Int(spanvalue/6)+1)……………..ApproachTrussNum=(ApproachNum-ApproachDS-ApproachTS)*2+ApproachDS*4+ApproachTS*6ApproachPinNum=(ApproachNum-ApproachDS-ApproachTS-1)*4+IIf((ApproachDS-1)0,ApproachDS-1,0)*8_7+4*IIf(ApproachDS0,1,0)+IIf((ApproachTS-1)0,ApproachTS-1,0)*12+4*IIf(ApproachTS0,1,0)………..NodeNum=spanvalue/3TrussNum=Switch(bridgetype=SSOrbridgetype=SSR,NodeNum*2,_bridgetype=DSOrbridgetype=DSR,NodeNum*4,_bridgetype=TSOrbridgetype=TSR,NodeNum*6,_bridgetype=DDOrbridgetype=DDR,NodeNum*8,_bridgetype=TDOrbridgetype=TDR,NodeNum*12)TrussPinNum=Switch(bridgetype=SSOrbridgetype=SSR,(NodeNum+1)*4,bridgetype=DSOrbridgetype=DSR,(NodeNum+1)*8,bridgetype=TSOrbridgetype=TSR,(NodeNum+1)*12,bridgetype=DDOrbridgetype=DDR,(NodeNum+1)*16-8,bridgetype=TDOrbridgetype=TDR,(NodeNum+1)*24-12)IfbridgetypeLike*RThen_TrussPinNum=TrussPinNum+(NodeNum-3)*_Switch(bridgetype=SSR,1,bridgetype=DDROrbridgetype=DSR,2,bridgetype=TDROrbridgetype=TSR,3)*4CrossBeamNum=NodeNum*2+1CrossBeamFixtureNum=(CrossBeamNum-1)*2*-Switch(bridgetypeLikeS*,1,bridgetypeLikeD*,2,bridgetypeLikeT*,3)ClinedStrutNum=(NodeNum+1)*2SupportingFrameNum=Switch(bridgetypeLikeSS*,0,bridgetypeLikeDS*OrbridgetypeLikeTS*,NodeNum*2,bridgetypeLikeTD*OrbridgetypeLikeDD*,(NodeNum*2+1)*2)JointBarNum=Switch(bridgetypeLikeSS*OrbridgetypeLikeD*,0,bridgetypeLikeT*,(NodeNum+1)*2)WindResistanceRodNum=NodeNum*2HaspedStringerNum=NodeNum*2HasplessStringerNum=NodeNum*2FemaleEndPillarNum=Switch(bridgetypeLikeSS*,2,bridgetypeLikeD*,4,bridgetypeLikeT*,6)MaleEndPillarNum=FemaleEndPillarNumBearingNum=8IfbridgetypeLikeDD*ThenTrussScrewBolt=NodeNum*8IfbridgetypeLikeTD*ThenTrussScrewBolt=NodeNum*12……….4结语8“321”公路钢桥广泛应用于各种工程中，但主梁断面组合形式的确定是一个计算难题，本文的数学模型及程序提供了一种通用解决方案。此程序经实际应用不但极大地提高了计算速度，而且提高了计算的准确性，尤其在非标准载荷下能快速计算确定桥梁的断面组合形式，可供制造和使用单位在确定桥梁架设参数时参考。参考文献：[1]黄