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空間鋼管桁架結(jié)構(gòu)外形簡(jiǎn)潔、流暢、美觀，跨越能力大，被廣泛應(yīng)用于體育館、航站樓等大型公共場(chǎng)所，而由空間鋼管桁架與混凝土翼緣板通過(guò)各種接觸而形成的組合桁架梁也正被廣泛應(yīng)用在橋梁結(jié)構(gòu)中。相對(duì)于傳統(tǒng)箱梁橋而言，空間鋼管桁架代替了其腹板和底板，桁架上弦桿通過(guò)剪力連接件把鋼桁架和混凝土翼板連接起來(lái)，形成組合結(jié)構(gòu)體系橋梁。與普通鋼－混凝土組合梁橋相比，空間鋼管桁架組合梁橋更具有承載能力高，抗彎剛度、穩(wěn)定性和整體性好，且結(jié)構(gòu)輕盈、施工簡(jiǎn)便、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。
空間“倒三角形”圓鋼管桁架混凝土組合梁橋是一種新型橋梁結(jié)構(gòu)形式，其橫向是由兩片共用同一下弦桿件的傾斜桁架，通過(guò)２根上弦桿件上焊接的連接件與混凝土翼板連接而成，腹桿布置采用Warren桁架結(jié)構(gòu)形式，上、下弦和腹桿桿件皆采用圓形鋼管。梁端支點(diǎn)采用“Y”形三點(diǎn)支撐，如圖所示。
通常為了解新型結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性，往往會(huì)通過(guò)試驗(yàn)和計(jì)算加以驗(yàn)證，同樣也可采用可靠的數(shù)學(xué)分析模型，對(duì)其結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行有限元分析，這既能達(dá)到研究的目的，又可節(jié)省研究或開(kāi)發(fā)費(fèi)用。該文結(jié)合一榀空間倒三角形桁架組合梁模型的加載試驗(yàn)，通過(guò)采用非線性有限元軟件Abaqus建立有限元模型，對(duì)結(jié)構(gòu)在加載荷載作用下的受力性能進(jìn)行分析，并探討不同設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)其極限承載力性能的影響規(guī)律。
空間倒三角形管桁架組合模型梁總長(zhǎng)度為3000 mm，計(jì)算跨徑為2640 mm，管桁架上弦桿與下弦桿軸心高度為350 mm，兩上弦桿軸心寬度為500 mm，混凝土板寬1200 mm，板厚100 mm。試件結(jié)構(gòu)尺寸及支撐情況如圖所示。上、下弦桿采用Q345B級(jí)鋼，腹桿和拉桿采用Q235B級(jí)鋼，上弦桿為76 mmx4 mm，下弦桿為108 mmx4 mm，腹桿為48 mmx3 mm，拉桿為33 mmx3 mm。各桿件采用E43型焊條進(jìn)行焊接連接。翼緣板混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C40，混凝土板采用雙層配筋，橫向鋼筋，縱向鋼筋。采用開(kāi)孔板連接件，開(kāi)孔板尺寸為3000 mm×30 mm×3 mm，開(kāi)孔直徑為10 mm，開(kāi)孔間距為100 mm。為了防止加載試驗(yàn)時(shí)支承處弦管局部發(fā)生壓陷和腹桿壓屈，在鋼管桁架支撐處的弦桿和腹桿內(nèi)灌注C25混凝土。
在試驗(yàn)梁計(jì)算跨徑三分點(diǎn)處，采用四點(diǎn)對(duì)稱加載。
材料性能測(cè)試結(jié)果：混凝土軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為33.3 MPa，彈性模量為3.48×e4 MPa。上弦桿屈服強(qiáng)度為479 MPa、彈性模量為2.01×e5 MPa，下弦桿屈服強(qiáng)度為501 MPa、彈性模量為2.06×e5 MPa，腹桿屈服強(qiáng)度為393 MPa、彈性模量為1.88×e5 MPa，拉桿屈服強(qiáng)度為421 MPa、彈性模量為1.96×e5 MPa。
有限元分析模型的尺寸參數(shù)、加載方式、加載點(diǎn)材料參數(shù)等皆與試驗(yàn)梁相同。建模時(shí)混凝土本構(gòu)關(guān)系采用塑性損傷模型，鋼材本構(gòu)關(guān)系采用雙折線模型。
在整體空間有限元模型中，組合桁架梁的混凝土翼緣板采用實(shí)體單元Solid模擬，混凝土板中普通鋼筋采用線單元Wire模擬；鋼桁架上、下弦桿和腹桿均采用殼單元Shell模擬，混凝土翼緣板與上弦桿的連接采用Tie（綁定約束）模擬，運(yùn)用Abaqus有限元軟件計(jì)算。模型坐標(biāo)原點(diǎn)位于組合梁左端下弦桿位置，以X方向?yàn)榻M合梁的縱向方向，Y方向?yàn)榻M合梁的豎向方向，Z方向?yàn)榻M合梁的橫向方向。在組合梁一端約束X、Y和Z共3個(gè)方向的位移為0，而另一端約束Y和Z兩個(gè)方向的位移為0。求解過(guò)程考慮幾何非線性和材料非線性，采用位移加載的方式施加荷載，利用Amplitudes建立加載規(guī)律。
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