工程情 况 ，以该 钢桁 梁斜 拉桥 主桁 上 弦杆整 体节 点
—一
图２ 有 限兀 模 型
板 的高强 螺栓 群 为研 究对 象 ，选 取 的Ｍ３ 高 强 螺栓 ０
排 列 为 ７ × 个 ，设 计 轴 力 为 ３ ５ Ｎ；连 接 板 为 个 ８ ５ｋ
２ 计 算 结果分 析
表２ 不 同板厚 在 ２ ０ ａ 载下 芯 板及 拼接 板 为 ０ ＭＰ 荷 的相对 位 移 的 比较 。由 表２ 可知 ，两 种板 厚 方式 计 算 的芯 板 和 连 接 盖 板 相 对 位 移 几 乎 一 致 。都 小 于
栓拼接 性 能进行 了研究 。总结 出了连 接板 厚度对 于 地震 中框架 结构 受 力 的影 响 ；王 斌华 ［ 利 用 大型 ６ １ 等 通用有 限元 软件ＡＮ Ｙ 。利 用约 束方 程法 对螺 栓群 ＳＳ 进 行 了 简化 计 算 ，提 出 了更 加 合 理 的螺 栓 布 置 方
调查 中四．不 难发 现 ，对 于大跨 度 钢 杵 桥 ，节 点破 坏是 其 主要 的破坏 形式之 一ｌ ３ ｌ 。 对 于高强 螺栓 的设计 计算 ，中国 的各 类 规范 都
西 西 比河上 的Ｉ ５ 一２ Ｗ钢 桁 桥 的倒 塌 等众 多 事 故 的
通 过 对 Ｉ ３ 桥 倒 塌 事 故 中 的有 限元 分 析 ，指 出连 一 ５ 接 板厚 度偏 小 、应 力储 备不 足是 引起事 故 的关键 因
素 ；李启 才 ［ ５ １ 连 接板 厚度 对 框 架 中钢 梁 高强 螺 等对
厚 度 的连 接 板 在拉 力荷 载 作 用 下 的板 件 相 对 位 移 、板 件 应 力等 进 行 了模 拟 ， 并 对 比分 析 了不 同厚 度 连 接 板 的 应 力 状 态。 结 果
表 明 ：薄 板 与 厚 板应 力分 布 规 律 一 致 ，但 厚 板 应 力 数 值 更 小 ，应 力 分 布 更 有 利 。
表 ２ 不 同板 厚 的 布 置 方 式 中芯 板 与 连 接 板 的 相对 位 移
板厚／ ｍｍ ８ １ ２
组合＋ 风荷 载 （ 静 与活载 组合 ） ；
组 合 四 ：永 久荷 载＋ 风荷 载 （ 年一 遇 ） 静 百 。 得 到如 下 不 同 荷 载 组 合 下 荷 载 钢 桁 梁 应 力 表
关 键 词 ：桥 梁 工程 ； 高强 螺 栓 ；连 接 板 厚 度 ；应 力状 态 中图 分 类 号 ：Ｕ ４ ． ４ １ ５ 文 献标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ — ７ ６ ２ １ ） １ ０ ４ － ３ ０ ２ ４ ８ （０ １ ２ — １ ０ ０
Ｆｉ ｉｅＥｌｍ ｅ ｔＡｎ ｌｓｓｏ ｆｅ ｅ ｔＴｈ ｃ ｎ ｓ ｆＧｕ ｓ ｔＰｌｔ ｆ ｎ ｔ ｅ ｎ ａｙ ｉ ｎ Ｄｉｆｒ ｎ ｉｋ ｅ ｓｏ ｓｅ ａ ｅｏ
桥梁 与隧逗 工 程
高强螺栓群不 同厚度连接板 的
有限元分析
谢 秉敏 ，向 中富，魏 丽东
（ 庆 交 通 大 学 土 木 建 筑 学 院 ，重 庆 ４ ０ ７ ） 重 ０ ０ ４
摘 要 ：针 对 不 同厚 度 连 接 板 对 高 强螺 栓 群 的 受 力 影 响 ，采 用有 限 元 软件 Ａ Ｓ Ｓ 立 了三 维有 限元 实体 模 型 ，对 两 种 不 同 ＮＹ 建
Ｂｏ ｔ ｏ ｐ ｗｉｈ Ｈｉ ｈ Ｓ ｒ ｎ ｔ ｌｓＧｒ ｕ ｔ ｇ ｔ ｅ ｇ ｈ
ＸＩ ｉ ｇ ｍｉ ， ＡＮＧ ｈ ｎ — ｕ Ｗ Ｅ ｉ ｄ ｎ Ｅ Ｂ ｎ － ｎ ＸＩ Ｚ ｏ ｇ ｆ， ＩＬ － ｏ ｇ
（ ｃ ｏ ｌ ｆＣｖｌ ｎ ｉｅ ｒ ｇ＆ Ａ ｃ ｉ ｃｕｅ Ｓ ｈ ｏ ｉｉＥ ｇｎ ｅｉ ｏ ｎ ｒｈｔ ｔｒ ，Ｃｈ ｎ ｑｎ ｉｏｏ ｇＵｎｖ ｒｉ ， ｈ ｎ ｑｎ ０ ０ ４ Ｃ ｉａ ｅ ｏ ｇ ｉｇＪａｔｎ ｉｅｓｙ Ｃ ｏ ｇ ｉｇ４ ０ ７ ， ｈｎ ） ｔ
ｒ
采 用Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 进行 有 限元 数值 模拟 计算 ，连接 板 及 高强 螺 栓均 采用 ｓｌ ４ 实 体单 元建 模 ，高 强螺 栓 ｏｄ５ ｉ
的预 紧 力通 过 预 应 力单 元ｐｅ １ ９ 元施 加 。 由于 ｒｔ ７ 单 ｓ 针对 的是数 量较 多 的高强 螺栓 ，若 采用 接触 问题 分
高 强螺栓 连接 是继铆 接 、焊接 之后 发展 起来 的
一
种 新 型 钢 结 构 连 接 形 式 ，具 有 施 工 简 便 、可 拆
换 、受 力好 、耐疲 劳 、不松 动和较 安全 等优 点 ，在
桥 梁工 程 中运用得 十分 普遍 ，１９ 年建 成通 车 的九 ９３
通过 对 四个厚 度 、长 度 、宽度 等参数 不 同 的连接板
考 虑 对 称性 ，有 限 元 模 拟 时 只 建 立 １ 结 构 模 ／ ２
型 。图 ｌ 为布置 方式 ，图２ 有限元 模 型 。边 界条 件 为
为 一端 固结 。加 载 分２ 级 ，每 级 １ ＭＰ ，施 加拉 应 ０ ０ ａ
力 到２ ０ ａ ０ ＭＰ 。
单 位 ：ｍ ｍ
湾 双层 钢桁 梁斜拉 桥 主桁上 弦杆 整体 节 点板 为研 究 对 象 ．采用 有 限元 软件 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 。建立 了考 虑 了几 何 大 变 形 、材 料 非 线 性 的螺 栓 群 三维 实体 有 限 元 模 型 ．通 过数 值模 拟得 到不 同板厚 的螺 栓 布置方 案 中 的板件 相对 位移 、应 力状态 等 ，通过 对计 算结 果 的
对 比分 析 ，研究 了不 同厚度 的连 接板 在 实际工 程 中
１ ｌ
． Ｌ ｒ ＇ １ ｒ
■ ｒ
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Ｊ ● ■
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ｒ １
卜
卜
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的受力状 态 。总 结 了其 应力 分 布规律 。
１ 有 限元模型 的 建立
ｐ－ －
１ ｒ １ ｒ １ｒ １ ｒ １ ｒ １ ｒ
１
卜
【０ ｌ０ ５ ｏ
１ｏ ｏ
１０ ０
１０ ０
１０ ０
１ｏ ５ ０ ０
图 １ 螺 栓 群 布 置 方 式
析资 源 耗 费 巨大且 不 易 收 敛 ．利用 Ｋ ｍｔ 提 出 的 ｉ ］ 等 方法 ．将 接触 问题 简化为 节点耦 合 。可 大大 提 高计 算 效 率 。基 于 文献 ［】文 献［】 １ ～ ７的研 究 成果 ，拟采 用 螺栓 等 距 布 置 方 式 ，板厚 分 别 为８ ｍ、１ ｒ ａ ｒ ２ ｍ，共 ａ 计 两种 方 案对节 点板 做有 限元 计算分 析 。基 于 实 际
组 合 二 ：永 久荷 载 ＋ 车活 载＋ 道 活载 ＋ 温 汽 轨 升 组合＋ 风荷 载 （ 活载 组合 ） 静 与 ； 组 合 三 ：永 久荷 载 ＋ 车活 载＋ 道 活载 ＋ 汽 轨 降温
移” ，说 明不 同板 厚 的螺 栓等 距 布 置对 螺 栓 连接 接
头 的滑移 荷 载无影 响 。
０ 引 言
有相 关 的规 定 。但都是 基 于被连 接件 为 刚体 的假设 之上 。实 际上 由于连 接板 的变形 ，导 致理 论计 算 与 实 际工程 高强 螺栓群 的受 力状态 有较 大 出入 。针对 这种 情况 ，国内外学 者展 开 了很 多研 究 。Ｃ ｅ ｇ￣ ｈ ｎｌ ４ 等
１ ０ 交 通 标 准化 ４ Ｉ
Ｂｄｅ Ｔｎ ｌｎｉｅｎ 桥梁与隧道工程 ｒｇ ＆ ｕｎ ｇ ｅｒ ｉ ｅＥ ｎ ｉ ｇ
案 ；朱铭 『 采 用Ａ Ｓ ，考 虑 了螺 栓 与连 接 板 的 １ Ｊ 等 Ｎ ＹＳ
接 触 问题 后 。得 出 了螺栓群 的受 力分 布规 律 ，并 进 行 螺栓 优化 布置 。 基 于 以上研究 成果 ，本 文 以重庆 市 江津 区粉 房
０ １ｒｍ．这 表 明螺 栓 连 接 头 未 发 生 螺 栓 “ 扣 滑 ．５ ａ 解
Ｑ ４ ｑ 板 ，其 抗 拉 强 度 为 ５０ ａ ３ ５Ｅ钢 ０ＭＰ 。通 过 Ｍｉａ／ ｄｓ
ｃｖ 软件计 算 该钢杵 梁斜 拉桥 以下 四个 工况 ： ｉｌ ｉ
组 合一 ：永 久荷 载＋ 车活 载＋ 汽 轨道 活载 ：
试 件进 行 了弹性屈 曲实 验及有 限元 分析 ，得 出了各 参 数对 节 ｉ ２ ｏ１ 等
江大桥 、１９ 年 建成 的密 云水库 白河 桥和２ ０ 年建 ９７ ０２ 成 的 芜湖 长 江大 桥 的杆 件 连 接 都 采 用 高 强 螺 栓 ［ １ １ 。 作为桁 架 中大量 使用 的节 点连接形 式 ，高 强螺 栓所 表现 的抵抗 塑性 破坏 、局 部屈 曲 、疲 劳裂 缝 的能力 决定 了全 桥 的强度 、安全 性 、可靠性 。从 ２ ０ 年 密 ０７
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｒ ｅ ｏ ｓ ｌ ｅ ｔ ｅ ｐ ｏ ｌ ｍ ｆｓｒ ｃｕ ａ ｅ ａ ｉ ｒｏ ｉｈ ｓｒ ｎ ｔ ｏｔ ｒ ｕ ｎ ｌ ｅ ｃ ｄ ｂ ｓ ｒ ｃ ： ｎ ｏ ｄ ｒ ｔ ｏｖ ｈ ｒ ｂ ｅ ｏ ｔ ｔ ｒ ｌ ｂ ｈ ｖｏ ｆｈ ｇ － ｔｅ ｇ ｈ ｂ ｌ ｇ ｏ ｐ ｉ ｆ ｎ ｅ ｙ ｕ ｓ ｕ ｔ ｅ ｆｃ ｏ ｆ ｈ ｃ ｎ ｓ ｆｔ ｅ ｇ ｓｅ ｌｔ ． Ｄ ｏｉ ＥＭ ｄ ｌｗ ｓｅ ｔｂ ｉｈ ｄ ｂ ｓｎ ｈ ａ ｔｒ ｏ ｉｋ ｅ ｓ ｏ ｕ ｓ ｔｐ ａｅ ａ ３ ｓ ｌ Ｆ ｔ ｈ ｄ ｍｏ ｅ ａ ｓａ ｌ ｅ ｙ ｕ ｉ ｇ ＡＮＳ ｏ ｓｍｕ ａｅ ｔ ｅ ｓ ＹＳ ｔ ｉ ｌ ｔ ｈ ｄ ｓ ｌ ｃ ｍｅ ｔｂ ｔ ｅ ｏ ｅ ｐ ａｅ ａ ｄ ｂ ｔ ｏ ｅ ｌ ｔ，ａ ｅｌ ａ ｈ ｏ ｍａ ｔ ｓ ｎ ｔ ｉ ｅ ｅ ｔｔ ｉ ｋ ｅ ｓ ｓ ｏ ｉｐ ａ ｅ ｎ ｅｗｅ ｎ ｃ ｒ ｌｔ ｎ ｕ ｔ ｖ ｒ ｐ ａ ｅ ｓ ｗ ｌ ｓ ｔ ｅ ｎ ｒ ｌｓｒ ｓ ｏ ｗｏ ｄ ｆ ｒ ｎ ｈ ｃ ｎ ｓ ｅ ｆ ｃ ｅ ｆ
ｔ ａ ｈ ｔ ｓ ｉｔｉ ｕ ｉｎ ｏ ｏｈ ｆ ｌ ｗ ｔ ｅ ｓ ｍｅ ｌｗ．ｂ ｔｔ ｅ ｓ ｅ ｓ ｖ ｌ ｅ ｏ ｈ ｃ ｅ ｕ ｓ ｔｐ ａ ｅ ｗ ｓ ｓ ｌ ｒ ｈ ｔｔ ｅ ｓｒ ｓ ｄ ｓ ｂ ｔ ｆ ｂ ｔ ｅｌ ｈ ａ ａ ｅ ｒ ｏ ｏ ｕ ｈ ｔ ｓ ａ ｕ ｆ ｔ ｉ ｋ ｒ ｇ ｓ ｅ ｌ ｔ ａ ｍａｌ ｒ ｅ ｔ ａ ｈ ｉ ｎ ｒｐ ａｅ ｔ ｅ ｓｒ ｓ ｉｔ ｂ ｔ ｎ ｏ ｅ ｔ ｉｋ ｒｗ ｓ ａｓ ｒ ａ ｏ ｒ ｂ ｅ ｈ ｎ ｔ ｅ ｔ ｎ ｅ ｌｔ ， ｈ ｔｅ ｓ ｄ ｓ ｕ ｉ ｆ ｈ ｃ ｅ ａ ｌｏ ｍｏ ｅ ｆｖ ｕ ａ ｌ ． ｈ ｉ ｒ ｏ ｔ ｈ Ｋｅ ｒ ｓ ｂ ｄ ｅ ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｈ ｇ － ｔ ｎ ｔ ｏｔ ｔ ｉ ｋ ｅ ｓｏ ｕ ｓ ｔｐ ａ ｅ ｓｒ ｓ ｔｔ ｙ ｗｏ ｄ ： ｒ ｇ ｎ ｉ ｅ ｒ ； ｉｈ ｓｒ ｇｈ ｂ ｌ ｈ ｃ ｎ ｓ ｆ ｓ ｅ ｌ ｔ ； ｔｅ ｓ ｓ ｅ ｉ ｎ ｅ ； ｇ ａ