【結構分析算例】桁架橋數值仿真

2021-02-17 Opatiya

【仿真平臺】自建高性能計算集群
【算例說明】針對典型的桁架橋進行數值仿真，可以得到其結構受力分析和優化結果
【工程應用】橋梁設計與仿真、結構優化等
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桁架橋指的是以桁架作為上部結構主要承重構件的橋梁。桁架橋一般由主橋架、上下水平縱向聯結系、橋門架和中間橫撐架以及橋面系組成。在桁架中，弦杆是組成桁架外圍的杆件，包括上弦杆和下弦杆，連接上、下弦杆的杆件叫腹杆，按腹杆方向之不同又區分為斜杆和豎杆。弦杆與腹杆所在的平面就叫主桁平面。大跨度橋架的橋高沿跨徑方向變化，形成曲弦桁架；中、小跨度採用不變的桁高，即所謂平弦桁架或直弦桁架。

桁架形式分類

①單柱式桁梁橋。主桁架是最簡單的桁架，僅有兩個三角形，因腹杆只有中間一根豎杆，故也稱帝柱式桁架。

② 雙柱式桁梁橋。主桁架腹杆有兩根豎杆，又稱後柱式桁架。因中間部分為幾何可變形的長方形，其上弦應是剛性梁。

　　③ 三角形桁梁橋。主桁架為1846年英國人J.沃倫所提出，是典型的較簡單的桁架。如腹杆和弦杆成60°角， 便是由等邊三角形組成的桁架；因其杆件傳力路線簡捷，杆件的材料用量較省，至今仍大量採用。在基本三角形桁架中，若節間長度較長，可派生出各種再分節間的三角形桁架。

　　④ 斜壓腹杆桁梁橋。當滿跨受載時，主桁架豎杆受拉，斜杆受壓，在早期鐵、木組合結構中，豎杆用鐵，斜杆、弦杆用木。近代預應力混凝土結構中，僅豎杆預加應力，錨頭布置比較簡單。

　　⑤ 斜拉腹杆桁梁橋。主桁架豎杆受壓，斜杆受拉，這樣，壓杆長度比拉杆小；用於鋼桁梁時，可因壓杆長度較短而節省鋼材。

　　⑥ 交叉腹杆桁梁橋。主桁架腹杆交叉布置,將它們設計成受壓杆件者，稱豪氏桁架。也可設計成交叉腹杆受拉，讓豎杆受壓。

　　⑦ 菱形桁梁橋。主桁架由兩組三角形桁架腹杆錯開重疊布置而得。此桁架中雖有幾何可變的菱形圖形,其整體仍是幾何不變形的結構。1873年首次應用超靜定桁架。1890年有靜定式桁架。此桁架每節間的斜杆成雙，每一斜杆承受一半的剪力，截面尺寸較小。在歐洲採用此式較多；中國在武漢、南京、枝城等地的長江公鐵兩用橋均為此形式。

　　⑧ 多腹杆桁梁橋。主桁架有多組錯開重疊的三角形腹杆，故其腹杆截面尺寸小。早期腹杆用木板，後來用鋼板加豎向加勁，也有用型鋼的。

　　⑨ K形桁梁橋。1830年首次應用，其斜杆折成K形，當桁架較高，節間較小時，可使斜杆與豎杆間的夾角不致過小。

　　⑩ 空腹桁梁橋。主桁架不用斜杆，節點均為剛性，所有杆件同時受軸向力和彎矩，曲弦較平行弦的彎距為小。焊接鋼橋初期，此式在比利時曾盛行一時，但由於母材和焊接工藝不良，在布魯塞爾的阿爾貝特運河上曾有三座這種形式的橋梁脆斷毀壞。空腹桁梁橋僅在小跨或活載不大處使用。

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