火车卸粮坑结构内力影响线分析

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火车卸粮坑结构内力影响线分析

郭松旭，谭保辉

（国家粮食储备局郑州科学研究设计院，郑州

摘

450053）

要：为了研究火车卸粮坑结构在火车移动荷载作用下的受力特点，利用Sap2000对

某火车卸粮坑结构进行了结构内力影响线分析。分析了该结构主要构件在火车移动荷载作用下的内力影响线结果，为此类结构的设计和验算提供参考。

关键词：火车卸粮坑；影响线；包络图

Analysisofinfluencelinesofinternalforcesofatrainunloadingpit

（ZhengzhouScienceResearch&designInstituteStateAdministrationofGrainReserve，ZhengzhouAbstract：Inordertostudythestresscharacteristicofatrainunloadingpitunderthemovingloadingoftrain，theanalysisofinfluencelinesofinternalforcesofatrainunloadingpitwithSap2000isstudiedinthispaper，itisalsoanalyzedtheresultofinfluencelinesofinternalforcesofmaincomponentunderthemovingloadingoftrain，whichcouldofferareferenceforthestructuraldesignandcheckofthissortofstructure.Keywords：trainunloadingpit；influencelines；envelopediagram

中图分类号：TU311.3

文献标识码：B

450053，China）GuoSongxu，TanBaohui

文章编号：1007－3582（2013）03－0012－03

1工程概况

某火车卸粮坑采用框剪结构形式，在卸粮坑周边布置剪力墙，在卸粮坑上部布置框架梁。火车卸粮坑长39.6m，宽7.5m，深3.5m。剪力墙厚度为500mm，框架梁采用钢筋混凝土结构：主梁（横向方向）横截面尺寸为：600×1200mm2，次梁（纵向方向）横截面尺寸为：600×800mm2。混凝土强度等级为C30，主筋和箍筋均为HRB400。火车卸粮坑的平面结构布置图和三维结构布置图分别如图1和图2所示。

图2火车卸粮坑三维结构图

2结构模型的建立和吊车移动荷载的模拟

火车移动荷载吨位大，对火车卸粮坑结构的内力变化起主要作用，因此火车移动荷载对卸粮坑结构的作用成为卸粮坑内力计算中考虑的主要因素之一。为了考察火车移动荷载对卸粮坑框架梁的作用，本文利用有限元分析软件Sap2000建立了火车卸粮坑的结构计算模型，利用Sap2000的桥梁分析功能对火车卸粮坑结构进行火车移动荷载作用下的结构

图1火车卸粮坑平面图

收稿日期：2013-04-18作者简介：郭松旭（1985-），男，助理工程师；专业方向为结构设计。

内力影响线分析。

2.1火车卸粮坑模型的建立

Sap2000中的梁单元模拟，剪力墙部分采用壳单元模

火车卸粮坑的框架部分采用有限元分析软件

123/2013粮食流通技术

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拟，梁支撑在卸粮坑周围的壳单元上，两者连接方式为铰接。在Sap2000中建立的三维拉伸填充模型如图3所示［1］。

可以得到每个杆件任一截面在火车荷载作用下的内力影响线计算结果，而且可以得到火车荷载作用下内力包络图。在验算构件时，Sap2000可以自动搜索最不利截面的内力包络值进行组合。

3Sap2000有限元分析结果

3.1火车卸粮坑次梁内力包络图

在设计火车卸粮坑框架梁时，主要由弯矩和剪

图3火车卸粮坑三维拉伸填充模型图

力起控制作用，因此本文主要分析框架梁在火车活荷载的作用下，框架梁的弯矩和剪力包络图。火车卸粮坑框架梁的内力包络图关于⑦轴对称，由于火车的两列轮子同步行驶在 轴和©框架梁上， 轴和©框架梁在火车移动荷载作用下的内力包络图相同，因此本文仅给出①-⑦轴部分， 轴框架梁的弯矩和剪力包络图，在普通活载作用下的内力包络图如图5、图6所示；在特殊活载作用下的内力包络图如图7、图8所示。

2.2火车移动荷载的确定

我国铁路桥涵设计使用中华人民共和国铁路标准活载，简称中-活载，它包括普通活载和特种活载只在小跨度的受弯构件设计中起主要作用；而在一载加载方式对火车卸粮坑结构的内力影响，本文对火车卸粮坑分别施加2种活荷载，研究2种形式的活荷载对火车卸粮坑结构的内力影响。

2种，如图4所示［2］。特种活载的轴压大，但轴数少，般计算中常用普通活荷载进行设计。为了研究活荷

图5在普通活载作用下次梁弯矩包络图

普通活载

图4铁路标准活荷载图

特殊活载

由于火车的两列轴轮分别行驶在卸粮坑的两行纵梁上，因此在对火车卸粮坑纵梁上施加活荷载时，对图4所示的铁路标准活荷载应进行减半。铁路标准活荷载的动力系数μ=1.17；分项系数为γ=1.4，则施加在火车卸粮坑框架纵梁上的铁路活荷载设计值为：P=μγPk=1.17×1.4Pk=1.64Pk，其中Pk为铁路标准

［4］活荷载值的一半［3］。

图6在普通活载作用下次梁剪力包络图

图7在特殊活载作用下次梁弯矩包络图

2.3Sap2000对铁路标准活荷载的模拟

根据文献［1］的介绍，Sap2000可以利用定义车道方式来实现定义火车轨道。每个车道可包含有多个框架构件。与在桥梁设计中定义的车道相比，定义火车轨道时不必考虑轨道相对吊车梁的中心线偏移和轨道宽度的影响。在定义铁路活荷载时，Sap2000通过设置小车荷载来模拟铁路活荷载。小车荷载为火车轮压设计值P。小车荷载的数量为火车一侧的火车轮数量，小车荷载的最小间距为火车轮的间距。在车道荷载定义完成后，为了全面输出火车卸粮坑框架梁及其他结构对象的影响线，还需要对框架梁指定车辆反映分量，即输出框架梁的内力和位移分量种类。通过对模型进行影响线分析，Sap2000不仅

图8在特殊活载作用下次梁剪力包络图

截面的受剪承载力计算，箍筋可仅按构造要求进行

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0.6705

力大小于在特殊活载作用下的剪力。3.2火车卸粮坑主梁内力包络图

在铁路活荷载作用下，各主梁的弯矩包络图基本相同，⑦轴线线上主梁在普通活载作用下的内力图如图9、图10所示；在特殊活载作用下的内力图如图11、12所示；梁上的弯矩包络图和剪力包络图分别如图6和图7所示。

图14⑦轴线主梁中点位置的弯矩影响线图

从图13和图14中可以看出两条主梁的弯矩影响线相差3.09%，即各主梁上的弯矩基本相同。3.4有限元分析结论

图9在普通活载作用下主梁弯矩包络图

分析结论如下：①该火车卸粮坑框架梁的承载力主要由弯矩控制，斜截面承载力可仅按构造要求配置箍筋即可满足要求。②对该火车卸粮坑框架梁进行设计时，可仅考虑在普通活载作用下结构的内力变化即可。③在设计次梁时，应首先考虑满足端跨部分的承载力要求。

图10在普通活载作用下主梁剪力包络图

4结语

图11在特殊活载作用下主梁弯矩包络图

本文利用SAP2000的桥梁分析功能对某火车卸粮坑结构进行了内力影响线分析。分析了该结构在两种铁路标准活载作用下的受力变化情况，得到了卸粮坑框架梁的内力包络图和内力影响线，对比分析了两种不同铁路标准活载作用下内

图12在特殊活载作用下次梁剪力包络图

力变化情况，为今后此类结构的设计和验算提供了参考。参考文献：

［1］北京金土木软件技术有限公司.SAP2000中文版使用指

南［Ｍ］.北京：人民交通出版社，2006

［2］龙驭球，包世华.结构力学教程［M］.北京：高等教育出

版社，2005

［3］TB10002.1-2005，铁路桥涵设计基本规范［S］.［4］GB50009-2012，建筑结构荷载规范［S］.

主梁的剪力最大值均满足Vmax≤0.7ftbh0=0.7×1430×0.6×1.2=720.72kN，即主梁可以不进行斜截面的受剪承载力计算，箍筋可仅按构造要求进行配置，其承载力由弯矩控制；从图9、图10、图11和图12可以看出：在普通活载作用下主梁的弯矩和剪力均大于在特殊活载作用下的弯矩和剪力。3.3火车卸粮坑主梁内力影响线

从图10和图12可以看出，在两种活载作用下，

②轴线主梁中点位置的弯矩影响线如图13所示，⑦轴线主梁中点位置的弯矩影响线如图14所示。

0.6919

图13②轴线主梁中点位置的弯矩影响线图

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