38桥梁结构城市道桥与防洪2011（1.广东省建筑设计研究院，广东广州510010；2.华南理工大学，广东广州510641）要：针对大型焊接空心球在珠江新城钢桁架人行天桥支座节点的首次应用，对其采用有限元软件FEA做多元化的分析，得到该节点在正常使用状态下的应力分布规律以及节点的极限承载能力，为大型焊接空心球节点在工程上的应用提供了可靠的理论依照，并对这类节点的设计提出了建议。关键词：钢桁架；焊接空心球节点；弹塑性中图分类号：U448.11文献标识码：B文章编号：1009-7716（2011）11-0038-0334.619；一字型段跨径为46.81。主桥桥面宽度为5.0，桥面铺装采用压型钢板组合结构。上弦杆采用29914的无缝钢管，下弦为32516无缝钢管，腹杆采用12710无缝钢管。各杆件之间采用全熔透焊缝，且支管和主管的连接无偏心。钢桁架端部采用外包钢箱，以便于搭接梯道及支座传力。钢桁架人行天桥的立面和断面布置见图考虑到景观要求，钢桁架与下部结构连接时采用焊接空心球支座节点球进行过渡，有效地减少了墩柱和盖梁等影响景观的构件数量。焊接空心球直径为900，加劲肋钢板厚度为30根节点连接杆直径为325焊接空心球节点分析2.1研究现状空间结构中焊接空心球节点以构造简单、连接方便等优点得到了广泛应用。20世纪70年代以来，国内外对焊接空心球节点的静力性能做过不少理论与试验研究，提出了一些承载力计算经验公式[1-5]。对超大直径(D500引言201011月，亚运会在中国广州举办。珠江新城座人行天桥工程是亚运会珠江新城核心区市政交通配套项目之一，现已竣工。天桥主桥结构采用上承式空间钢管桁架结构，主梁横断面为带花槽的倒梯形断面。空间钢管桁架结构外形通透，立体空间感强，新颖美观，用钢量少，作为城市人行天桥，为城市建设增加了不少美感和特色。花城大道东人行天桥为珠江新城结构总体布置花城大道东人行天桥位于花城大道与珠江大道东相交处，为满足花城大道两侧广场和公园方向行人过街而设置。人行天桥平面整体呈字形，一字式跨越花城大道隧道，梯道位置平行于花城大道，布置在主桥东西两侧与公园处，并设置上行自动扶梯。天桥主桥上部结构为多跨钢桁架连续梁，U收稿日期：2011-06-23作者简介：陈海斌（1978-），男，广东海丰人，工程师，从事桥梁结构设计工作。，满足规定的要求；竖向最大变形为0.04结语目前运石河拱管桥已投入到正常的使用中，且运营良好。结合软件计算结果和工程设计实践，在对拱管桥结构设计时，需注意以下几点：（1）拱脚基础不均匀沉降对拱脚反力及竖向变形的影响。（2）升降温差对结构内力及竖向变形的影响。试用阶段半管水及使用阶段满管水对结构竖向变形及平面内稳定性的影响。（4）使用阶段风荷载对结构平面外稳定性的影响。（5）通过计算结果可知，正常使用界限状态时组合对拱管桥的拱脚反力和变形较为不利，在工程设计时应注意此工况对结构的影响。参考文献公路桥涵设计手册编写组编.公路设计手册拱桥(上、下册)焊接空心球支座节点构造图（单位：mm）2011城市道桥与防洪桥梁结构39式中，NtNc分别为受拉和受压承载力。由于大直径焊接空心球节点多向同时加载的研究较少，实际中缺乏可参考数据。在亚运工程工期相当紧张的前提下，如进行节点的荷载试验，将花费较多的时间，没办法保证工程的按期完成，因此工程设计时采用有限元软件对焊接球节点进行细部分析，以满足工程需要。2.2有限元分析2.2.1有限元模型的建立有限元模型建立采用有限元软件FEA节点四面体单元对该节点进行受力分析。网格划分采用自动网格划分的办法来进行划分。整个模型共分为40143个单元，12971个节点，见图析时，约束支座底面所有自由度，不计残余应力和节点区焊缝对节点极限承载力的影响。2.2.2正常使用界限状态应力分析节点焊接球受力状态很复杂，属于空间受力范畴。由钢桁架人行天桥整体分析得到的焊接空心球连接杆的轴力如表所示。节点,目前的理论研究滞后于工程应用,我国现行的《网架结构设计与施工规程》（JG7-91）中提出了仅适用于直径小于500的焊接空心球的计算公式，即tdπfNc=ηc40桥梁结构城市道桥与防洪2011焊接空心球连接杆轴力工况连接杆112.3544.7143.2565.4036.0517.9207.8608.4分析根据结果得出，焊接空心球节点与连接杆交界面处的应力集中现象非常严重，该处的范梅赛斯最大应力为101.353Pa。本文还给出了无加劲肋时焊接空心球节点的应力，此时的范梅选用多线性等向强化准则，规定屈服面以材料中所作塑性功的大小为基础在尺寸上扩张。对on-Mises屈服准则而言，屈服面在所有方向均匀扩张，而其形状、中心及其在应力空间的方位保持不变。其后继屈服函数为：赛斯最大应力为169.591）为现实弹塑性应力。本文采用焊接空心球连接杆节点的荷载位移曲线判断焊接球节点的极限承载能力，连接杆的初始荷载为500示，纵坐标表示加载的荷载步，横坐标表示沿连接杆的位移值(m)，取荷载步为0.69时对应的荷载值作为极限荷载，换算得到的极限荷载为611kN计算根据结果得出，整个支座节点依次屈服的顺序为焊接空心球支承加劲肋角点焊接空心球环形加劲肋中心点焊接空心球连接杆焊接空心球球壳。结论与建议（1）焊接空心球球支座节点的有限元分析结果为其在桥梁钢桁架中的应用提供了设计参考依据。（2）计算根据结果得出，由于焊接空心球加劲肋对球体表明上进行了分隔，有效地减小了球壳表面的跨度，较好地改善了球体的受力性能。当焊接空心球设置环形加劲肋时，焊接空心球的最大应力发生在连接杆与焊接球交界处（焊趾附近），无环形加劲肋时焊接空心球的最大应力发生在球体上半球与下半球的结合处。（3）计算根据结果得出，焊接空心球支座节点极限承载力由各个组成部分控制，设计时应根据节点的连接类型做具体的分析才能确定节点整体的极限承载能力。（4）由于理论计算时未能考虑焊接空心球节点焊接时产生的残余应力，实际应用时应适当降低由理论分析计算得到的节点承载力值。2.2.3焊接空心球支座节点承载力分析焊接球节点在整个钢桁架体系中处于比较关键的位置，无论是连接杆还是薄壁空心球出现局部的屈服，节点都会丧失继续承载的能力，因此有必要对焊接球节点进行极限承载力分析，以判断结构的安全性能。在极限承载力分析中，结构加载采用逐级加载，钢材的本构模型根据文献[6]中材性试验提供的ε2=2%，ε3=20%，ε4=25%on-Mises屈服准则，其条件判别式为：Von-MisesVon-Mises网架空心球容许承载力计算公式[A].第二届空间结构学术交流会论文集[C],1984.[2]胡维生，黄蓓,胡海波.网架焊接空心球承载力计算公式的研Von-Mises18大震作用下主梁E1023截面时程抗弯能力验算节点荷载位移曲线桥梁结构 城市道桥与防洪 2011 主梁非线性地震响应位移分析根据结果得出，在大震作用下，考虑材料非线性后的主梁纵 桥向位移有所增加，由从弹性地震响应的 0.489 增大到0.567 ，分别增加了 15.9% 19.9%。两者均超过了伸缩缝的 最大容许宽度 （400 m），建议增大伸缩缝宽度，或者设置纵桥向阻尼器以减小和控制主梁纵 向位移。 主塔非线性地震响应内力分析根据结果得出，在大震作用下，考虑材料非线性后的主塔的内力分 布规律与弹性地震响应结果相同，但其截面地震响 应轴力、面内弯矩和面外弯矩均有所降低；而面内、 外剪力均由不同程度的提高。经过验算，主塔截面 的面内外抗弯性能均满足抗震要求。 参考文献 范立础,卓卫东.桥梁延性抗震设计[M].北京:人民交通出版社,2001.结果相比，考虑材料非线性后的主梁地震响应的 面内、外弯矩则有较大程度地降低，其最大值分 别减小了 39.1% 34.0%。经过验算，主梁截面的 面内外抗弯能力满足抗震要求。
