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最原始的鋼橋設(shè)計(jì)過(guò)程是設(shè)計(jì)人員采用力學(xué)方法與經(jīng)驗(yàn)公式根據(jù)長(zhǎng)期總結(jié)出來(lái)的設(shè)計(jì)理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，人工計(jì)算不可避免地采用了過(guò)多的簡(jiǎn)化，設(shè)計(jì)結(jié)果不夠精確、全面、最優(yōu)。比如，不能全面反映整體應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的冗余和繁瑣。隨著科技的進(jìn)步，選用簡(jiǎn)便、合理的計(jì)算方法對(duì)斜交框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，正確地分析其受力狀況，對(duì)于小型鐵路鋼橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)極為重要。
根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》計(jì)算該鋼桁架橋的設(shè)計(jì)載荷，橋梁承受重力，列車標(biāo)準(zhǔn)均布荷載，列車制動(dòng)力或牽引力，列車搖擺力的作用，這些工況的組合作用將對(duì)橋梁產(chǎn)生最不利的影響。橋涵結(jié)構(gòu)的恒載應(yīng)在考慮橋梁自重時(shí)對(duì)重力加速度值放大1.5%，即采用9947即可。鐵路列車豎向靜活載參考采用中華人民共和國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn)活載。查閱《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》，經(jīng)線性插值運(yùn)算得該橋的換算均布荷載K=0.88955E8。平均分配到兩根縱梁上則每根梁所受的均布荷載Km=0.4477E8。列車豎向活載包括列車豎向動(dòng)力作用，該列車豎向活載等于列車豎向靜活載乘以動(dòng)力系數(shù)列車制動(dòng)力或牽引力應(yīng)按列車豎向靜活載的10%計(jì)算。每個(gè)集中力大小為Kz/2=Km×10%=0.4477E8×10%/2=0.2238E7，力的作用點(diǎn)分別為兩縱梁的中點(diǎn)。列車橫向搖擺力應(yīng)取0.1E12，作為一個(gè)集中載荷取最不利位置，以水平方向垂直線路中心線作用于鋼軌頂面。在本模型中作用點(diǎn)即分別為兩縱梁的中點(diǎn)。每個(gè)集中力大小為0.5E11，方向不妨取Y軸正方向。
有限元模型建立并施加約束和荷載本模型中的鋼桁梁是由主桁、橫梁、縱梁、橫聯(lián)、縱聯(lián)等平面結(jié)構(gòu)組成的一個(gè)空間結(jié)構(gòu)，它的所有節(jié)點(diǎn)連接方式均為剛性或半剛性，因此這是一個(gè)高次靜不定空間結(jié)構(gòu)。對(duì)于ANSYS有限元分析來(lái)說(shuō)，合理選擇單元類型是至關(guān)重要的，詳細(xì)了解單元的輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)，有助于減少工作量，并且可以有效的控制所需結(jié)果的輸出和顯示。四種工字梁采用Beam4單元，橋面選用Shell63單元，建立鋼橋的有限元模型。建模過(guò)程中，適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化實(shí)際結(jié)構(gòu)，建模和計(jì)算時(shí)間可以相對(duì)得到節(jié)省，使得工作效率大大提高。故運(yùn)用APDL命令對(duì)橋梁模型受載后的總位移云圖，總位移矢量圖，單元的軸力圖、彎矩圖、剪力圖等變形圖進(jìn)行顯示，并以此結(jié)果為依據(jù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
位移：在各種荷載組合作用下，鋼桁梁橋的下弦中部產(chǎn)生最大位移，由中間向兩側(cè)位移數(shù)值逐漸減小；上弦也呈現(xiàn)此種趨勢(shì)，不過(guò)位移數(shù)值較下弦數(shù)值小；橋面在橫向方向上位移由中間向兩端數(shù)值增大，橋面在縱向方向上位移數(shù)值由中間向兩端減小。
軸向力：在各種工況組合作用下，鋼桁梁橋的腹桿受軸力較大，下弦桿次之，再次是端斜桿，最后是上弦桿。腹梁構(gòu)件應(yīng)力全為負(fù)值，說(shuō)明它是受壓的，而且它的最大彎曲應(yīng)力達(dá)到了MPa級(jí)，可見(jiàn)對(duì)它做梁?jiǎn)卧募僭O(shè)是正確的。下面橫梁的軸應(yīng)力顯然要大于上面構(gòu)件的軸應(yīng)力，這些都是需要注意的地方。可以將上弦梁假設(shè)為桿件，下面的橫梁的橫截面積要適當(dāng)?shù)谋壬厦娴臋M截面積大一些。
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