桥梁结构分析理论4

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1、2.4正交异性钢桥面板的解析计算正交异性钢桥面板除了作为桥面板和桥面系发挥作用之外，还作为主梁的一部分参与作用。特别是盖板，既形成纵肋、横肋的翼缘部分，同时又作为主梁的上翼缘部分共同受力，所以力学性能十分复杂。过去一般按三个基本结构体系对钢桥面板进行研究。结构体系I:由盖板和纵肋组成的结构体系，盖板被看成主梁(桥梁主要承载结构)的一个组成部分，即正交异性钢桥面板作为主梁的上翼缘与主梁的腹板刚性连接，参与主梁共同承受荷载，通常称为主梁体系。其边界支承条件为桥梁支座(或拉索等)，内力一般按杆系结构分析方法求得。体系Ⅰ中，正交异性板作为

2、结构的上下翼缘，是梁的一部份结构体系Ⅱ:由纵肋、横肋和盖板组成的结构体系，盖板被看成是纵肋、横肋上翼缘的一部分，该体系支承在主梁上，承受桥面车轮荷载，通常称为桥面体系。其边界条件为纵梁和横梁，内力可按正交异性板理论求得。结构体系Ⅲ:仅指盖板，把设置在肋上的盖板看成是各向同性的连续板，这个板直接支承作用于肋间的轮荷载，同时把轮荷载传递到肋上，通常称为盖板体系。内力按板体系计算。盖板的应力呈薄膜状态，盖板具有很大的超额承载力。在荷载作用下，钢桥面板任何一点的内力可由上述三个基本体系的内力适当叠加而近似求出。当采用整体有限元计算时，无法

3、分离三种体系的作用，特别是局部应力情况。直接采用计算值作为应力评价指标，不一定合理。在结构系Ⅰ中的钢桥面板，因和主梁钢板为刚性连接，能抵抗水平剪切，故桥面板成为主梁的一部分而共同作用。钢桥面板的有效宽度一般与主梁跨度、支承条件及荷载布置有关，而与板厚无关。当把有效宽度范围内的板看作主梁截面的一部分后，钢桥面的内力计算即与一般梁的内力计算相同。该体系的分析计算方法可采用平面简化分析或空间简化分析。该体系主要需要解决的问题就是正交异性板的有效分布宽度问题。把钢桥面板与主梁间的连接简化为简支(某些桥面结构与主体结构分离的设计，这是实际的

4、边界条件），便得到结构体系Ⅱ。此时，钢桥面板只是支承于主梁上的桥面系结构，不承受由于主梁作用引起的纵向力。对于结构体系Ⅱ，发展了较多的分析方法。解析法是一种较为经典的计算方法，并以Pelikan一Esslinger法(简称P一E法)最为著名。解析法中，根据计算模型的不同，又可分为如下几种:(l)把板从肋的中间分开，并归并到纵横肋上去，构成梁格体系，该法是由H.Homberg提出。上个世纪60年代，美国曾用该方法计算分析了一些正交异性钢桥面板并与试验进行比较，发现无桥面铺装时，得到的纵肋和横梁的竖直位移、弯曲应力都和试验吻合得很好。

5、这种方法的缺点是没有考虑板的剪切刚度。格子梁法对于开口肋结构的分析比较准确，对于闭口肋，由于闭口肋抗扭刚度影响，其横向变形的影响也受到纵肋的影响。(2)把纵横肋分摊到板上，也就是将板简化为一种理想的正交异性板。试验结果表明，当荷载作用在横肋上时，这种方法是较好的，但当荷载作用在横肋间时，这样计算精度较差。(3)由F.W.Mader提出对(2)法的改进，即将作用有荷载的那个节间单独处理，令节间的横向抗弯刚度等于K(盖板的抗弯刚度)，其余节间解法同(2)。(4)Pelikan一Esshnger法。此法是将纵肋均分摊到盖板上，而横肋作为

6、刚性支承，求解后再将横肋的弹性支承计入。美国、日本等国的规范都采用这种方法计算正交异性钢桥面板。该计算方法适合于各种不同加劲肋构造。计算表明该法用于计算纵向加劲肋应力时具有良好的精度。但对于其他的一些关键细节部位，例如横梁腹板开口部位的应力就无法计算，P一E法作为一种简化的计方法，其自身还有一些缺陷。(5)等效格子梁法分析的思路是用一个等效的梁格体系来代表正交异性板桥面。对每根纵肋和横肋(横隔板)采用与其中心线相重合的梁单元近似模拟，即等效格子梁的布置与纵肋和横肋(横隔板)的布置一致。等效格子梁法的物理意义是将每一构件的刚度集中到

7、与其毗连的邻近梁格内，换句话说纵肋的刚度集中到梁格的纵梁内，横肋的刚度集中到梁格的横梁内。当承受载荷时，正交异性板桥面和等效格子梁的挠度相等，等效格子梁的内力等于它所代表的构件的内力。事实上，等效格子梁和正交异性板有着不同的结构特征，因此，这个假设只能是近似的，一般认为梁格布置越密，这种近似性就越好，计算结果也更符合实际，这种分析方法不仅适用于正交异性板，而且适用于斜交异性板和曲线梁分析。结构体系Ⅲ的应力通常采用弹性薄板理论进行分析，体系Ⅲ直接承受作用其上的轮压荷载，同时把轮压荷载传递到纵横梁上。当盖板的轮重逐渐加大，盖板的弯曲应

8、力便逐步地进入薄膜应力状态，平板的承载力变得比用一次弯曲理论求得的计算值大得多。在设计钢桥面板时，由于薄膜应力效应，同时该体系的应力为横向应力，通常只作为计算分析参考，常不进行应力叠加。现在广泛应用有限元法来分析正交异性钢桥面板结构的受力。最全面的