杆端缩尺钢桁架桥梁结构静力计算与优化分析

以某下承式铁路钢桁架简支梁桥的单榀Warren桁架为研究对象,对杆端缩尺钢桁架桥梁结构及其端部缩尺压杆进行有限元分析和用钢量优化,重点研究杆端缩尺参数对杆件内力、截面应力、结构刚度、结构弹性稳定、压杆极限承载力、最小用钢量等的影响。结果表明:杆件截面高度缩尺是最理想的杆端缩尺方案;随着缩尺幅度的增大,桁架结构的杆件轴力变化很小,但杆端次弯矩和剪力显著减小,且结构竖向刚度和弹性稳定性有所降低。通过适当提高缩尺段的钢材强度等级,端部缩尺压杆的极限承载力将不低于未缩尺压杆,并可在满足结构强度、刚度及稳定性要求的前提下,进一步通过杆件截面优化,得到比未缩尺设计更小的结构用钢量。

基于杆端缩尺的钢桁架结构二次优化

领结式整体节点通过杆端截面高度的缩尺设计,可有效降低矩形钢管桁架结构的次内力。以简支Warren桁架为研究对象,采用ANSYS软件进行了钢桁架结构基于杆端缩尺的优化设计,分析了主要结构参数对桁架最小用钢量的影响规律。其中,设计变量包括杆件截面壁厚、缩尺高度比和缩尺长度比,约束条件包含结构竖向刚度、截面应力、杆件稳定、结构整体稳定等,杆件稳定系数的取值则依据杆端缩尺压杆承载力的有限元分析结果。结果表明,钢桁架采用杆端缩尺设计并适当提高缩尺段钢材强度等级之后,结构用钢量比一次优化(未缩尺)更为节省。