技术周刊 | YJK Bridge 钢桁架桥实操案例

本文以36m简支钢桁架人行桥作为示例来介绍YJK Bridge软件中此类桥型建模流程、参数输入、结果查看等。

本项目单跨36m，横向桥宽6m。断面及立面布置如下：

钢桁架桥上下弦杆、腹杆、顶部横撑采用箱型板截面，底部横梁采用工字钢截面。考虑自重、二期荷载铺装（包括人行道小纵梁、人行道板、护栏等）、顶棚、整体升降温、梯度温度、风荷载等。

在YJK Bridge的常规建模流程中，几何建模模块可快速完成常规桥型的建模工作，但不支持桁架桥快速生成。此类桥梁可以在有限元模型菜单中，借助桁架建模助手建模。具体建模流程如下：

“1路线定义—2截面、材料定义—3桁架建模助手—4模型完善—5边界条件—6组定义—7荷载添加—8施工阶段定义”

路线定义：路线定义仍在几何建模-基本信息-路线设置中完成，输入桥梁道路平曲线、竖曲线。本案例仅输入平曲线，参数如下：

路线编辑定义参数

跨径布置在基本信息-桥跨布置中设置，填写跨径信息，然后点击应用。设置如下：

截面与材料定义仍在几何建模中完成。本项目仅定义Q345钢材一种材料；截面定义的具体操作如下：

截面定义：截面定义-钢梁截面-选择箱型板截面和工字型截面，设置上下弦杆和腹杆。

材料定义：选择JTG D64-2015规范，添加Q345钢材。

YJK Bridge中对桁架桥、拱桥、斜拉桥支持通过有限元模型菜单下基本结构的建模助手快速生成模型。

桁架桥建模助手参数包括尺寸参数和截面特性。

尺寸参数：可根据需要选择不同桁架形式、节点数量、是否插入竖杆以及跨径、梁高等。

截面特性：包括上下弦杆、腹杆、竖杆截面设置和材料设置。

生成模型如下：

单榀桁架模型

（1）通过有限元模型-编辑单元-移动复制，可将单榀桁架模型复制，形成双榀桁架。

（2）通过有限元模型-编辑单元-拆分单元，可将在上下弦杆中插入单元（每根弦杆拆分3份）。

拆分单元

（3）通过有限元模型-创建单元-梁单元/桁架单元，可手动添加上部横撑和下部横梁。

添加横梁、横撑

（4）通过分析-计算控制-批量修改单元属性，可将桁架单元修改为梁单元。

（5）通过有限元模型-编辑单元-拆分单元，可将在横梁与横撑单元进行拆分，方便后期添加荷载及结果查看。（每个单元拆分4份）。

本例采用板式橡胶支座，可通过手动添加节点约束和弹性连接来模拟其边界条件。

（1）复制支座节点：有限元模型-节点-移动复制-选择节点-复制。

（2）添加弹性连接：有限元模型-边界条件-弹性连接-选择节点-输入弹性连接刚度。

（3）添加节点约束：有限元模型-边界条件-支承-选择节点-添加约束。

若进行施工阶段分析，则须预先定义结构组、荷载组与边界组。在有限元模型-编辑单元-组中，可自由添加。

本例中添加两个结构组（上部结构组及横梁组），一个上部边界组（包含所有边界条件），两个荷载组（自重及二期荷载）。

新增组设置

在有限元模型-编辑单元-组中选择结构组/边界组，可通过左侧表格选择对应单元和边界条件添加到右侧对应结构组/边界组中。具体设置如下：

本项目考虑自重、二期荷载铺装（包括人行道小纵梁、人行道板、护栏等）、顶棚、整体升降温、梯度温度、风荷载、人行荷载等。

2.7.1 静力荷载添加

荷载添加顺序为：添加荷载工况—添加静力荷载—添加移动荷载、沉降工况。

（1）添加荷载工况：有限元模型—荷载工况—添加各静载工况，具体操作如下：

（2）添加静力荷载，包括自重、桥面二期荷载铺装、顶棚荷载、风荷载。

2.7.2 移动荷载添加

移动荷载定义顺序为移动荷载车辆定义—车道添加—移动荷载组合工况添加。

（1）人群荷载设置：本例为人行桥，先进行人群荷载设置，具体设置如下：

人群荷载设置

（2）车道添加：移动荷载-纵向车道-添加-选择RQ荷载-横梁组加载-添加选择横梁组。具体设置如下：

车道设置

（3）移动荷载组合工况添加：移动荷载-移动荷载组合-添加-修改荷载组合名称RQ-添加子荷载组合-选择RQ车道。具体设置如下：

移动荷载工况设置

2.7.3 温度荷载添加

考虑整体升降温及顶部构件局部升温工况。

（1）整体升降温：有限元模型-温度荷载-温度荷载-全局-添加升降温，具体设置如下：

整体升降温设置

（2）局部杆件升温降温：有限元模型-温度荷载-温度荷载-单元-添加升降温，具体设置如下：

YJK Bridge中可以考虑钢桁架桥施工阶段分析。在有限元模型界面下-选择施工阶段-添加，可添加多个施工阶段并进行对应编辑。设置如下：

其中一次落架施工阶段添加结构组（上部结构组）、边界组（一次落架）、荷载组（自重）；二期荷载施工阶段仅添加荷载组（二期荷载）。具体设置如下：

二期荷载施工阶段设置

钢桁架桥人行桥考虑特征值分析，在抗震设置-特征值数据-荷载转化为质量-特征值分析控制设置。具体设置如下：

荷载转化为质量设置

（1）分析设置：分析控制选项中需勾选施工阶段累计结果、抗震分析。

（2）结果查看：点击分析，运行完成后，可查看特征值分析结果及各单元内力、位移应力结果。

分析结果查看

本文以36m简支钢桁架人行桥作为示例，系统介绍了在YJK Bridge软件中建立此类桥型有限元模型的全过程，涵盖了从路线定义、截面材料定义、模型导入与修改、边界条件模拟、荷载组定义，到静动力荷载施加、施工阶段分析及结果查看等关键环节。

对于YJK Bridge几何建模模块暂未直接支持的桁架桥、拱桥、斜拉桥等复杂桥型，通过文中介绍的有限元模型界面操作方法，同样能够实现精准建模与全面分析。

完成建模与分析后，工程师可进一步依托YJK Bridge的设计与检测模块，开展钢桁架桥的规范检算、承载力评估或静载试验方案设计，有效指导工程实践。盈建科桥梁将持续更新，为广大桥梁工程师提供更多实用的设计与检测案例，敬请期待。