钢箱梁实用设计分析.pdf

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1、器桥梁工程BddgeEngineering刘清，罗昊冲，杨敏(天津市市政工程设计研究院，天津300051)摘要：简要介绍了钢箱梁设计的理论基础及分析方法，并以此为基础介绍了钢箱梁主要组成构件(顶、底板，腹板以及横隔板)的受力模式及实用设计分析方法，对钢箱梁各构件设计板厚及相应加劲构造设计提出实用的建议，供设计人员参考。关键词：钢箱梁；设计；板厚；加劲构造；有效分布宽度中图分类号：U442．5文献标志码：B文章编号：1009—7767(2015)04—0040—03PracticalDesignAnalysisofSteelBoxGirderLiuQi

2、ng，LuoHaochong，YangMin钢箱梁除了具有箱型结构本身良好的抗弯、抗扭性能外，与相同尺寸的混凝土箱梁相比，还具有结构自重轻、跨越能力大、施工及运输方便、工期易于控制等优点。因此，钢箱梁以其对于大跨、异形等桥型的较好的适应性，以及工厂预制、现场拼装等对城市影响较小的特点．在城市高架与跨线桥的设计中得到越来越多的应用。然而现行的桥梁钢结构设计规范仅强调了对强度和稳定性的控制。对局部加劲的设置仅作简单要求，对设计的指导作用有限，笔者从钢箱梁受力情况人手．详述钢箱梁主要构件的实用设计分析。1钢箱梁设计理论及方法钢箱梁具有箱型结构的受力特点．即

3、其在偏心荷载作用下可分为4个基本体系：纵向弯曲、横向弯曲、扭转及畸变。钢箱梁还具有自身的受力特点．根据桥面板的受力特性，可将其分为3个基本体系(见图1)进行研究[1】：第1体系即主梁体系，由各主要板件组成主梁共同承受荷载．内力按杆系结构分析方法计算；第2体系即桥面体系。由纵肋、横隔板和顶板组成，该体系弹性支承在主梁或纵腹板上，承受桥面车轮荷载，内力按正交异性板理论计算；第3体系即盖板体系，由带有纵向加劲肋的面板弹性支承于横隔板上，在轮轴荷载作用下．顶板和纵肋主要产生横向应力和变形，内力按板体系计算。板件受力由3个基本体系下的应力进行叠加。实际设计中，

4、第3体系的应力可以忽略不计，只40．事荭投木2015No．4(Jul．)V01．33考虑结构第1、2体系的作用。《釜霸。j蠲豳露黼隧盛i圈一鬻爹、¨

5、j

6、1i?：i焉豳霜羹怒‘鬻鎏’’；a)第1体系b)第2体系C)第3体系降11钢箱梁i体系有限兀模型钢箱梁设计常采用的方法有2种：1)三维板壳有限元分析方法，即通过建立钢箱梁整体板壳有限元模型，进行最不利活载加载，根据各板件应力情况拟定各构件的合理尺寸。整体板壳模型将各板件组合为整体计算。同时考虑主梁体系的整体受力和桥面体系的局部受力，反映桥面板结构第1、2体系的实际受力情况，无须再进行体系划分及计算有

7、效分布宽度等。但是，该方法整体分析过程耗时较长，模型调整困难．导致在设计中的使用受到限制。2)杆系分析法与局部板壳有限元结合的方法，即通过杆系分析确定钢箱梁整体尺寸，并初步确定主要构件尺寸，然后通过局部有限元模型细化局部构件设计。相较于整体板壳有限元分析方法，杆系分析法与局部板壳有限元结合的方法模型修改较为方便，分析时间也更短，尤其在规则钢箱梁的设计中采用较多。在采用杆系分析法与局部板壳有限元结合方法的基础上，介绍钢箱梁各构件的实用设计。2钢箱梁设计2．1钢箱梁总体设计钢箱梁总体设计主要是支承反力及梁体刚度，属第1体系受力范围，可通过单梁模型分析。《

8、公路桥涵钢结构及木结构设计规范》【2】规定钢梁在静活载作用下(不计冲击力)最大竖向挠度<。L／600。因此，当桥梁刚度不满足要求时，由于增加钢箱梁顶、底板厚度的效率远小于增加整体梁高的效率，故结构刚度的提高主要通过增加腹板高度来实现。2．2顶、底板及腹板的设计顶、底板及腹板均承受第1体系应力，其中顶板还承受第2体系应力．故纵向单梁模型中的底板及腹板应力即为实际应力。顶板应力还需与第2体系应力叠加。顶、底板是钢箱梁结构中主要抵抗弯矩的构件，受压区钢板的局部稳定性必须充分考虑。腹板在钢箱梁中主要抵抗剪力．增加其厚度对主梁抗弯刚度的提高作用有限。因此，腹板

9、宜做得高而薄以提高主梁抗弯刚度，同时还应考虑腹板的局部稳定性。实际设计时应根据单梁应力分析结果、局部桥面板及腹板有限元分析结果，确定顶、底板厚度，及顶板加劲构造；根据纵向剪应力分析结果，确定腹板厚度、腹板个数及腹板加劲构造。2．3横隔板设计钢箱梁上部结构荷载由桥面板通过纵向加劲肋传给横隔板。最终由横隔板传递到纵向腹板上。横隔板沿桥横向受力。其与沿桥横向有效宽度内的钢箱梁的上下翼缘共同作用，类似于多点支撑的工字梁。在钢桥面的自重、二期恒载和汽车荷载作用下，钢箱梁横隔板沿桥横向(即垂直于沿桥纵向)的主受力方向上，同时承受沿桥横向的正应力、竖向正应力和剪应

10、力的作用。横隔板的稳定性在设计时应特别重视。1)普通横隔板的设计普通横隔板首先承受桥面板荷载。再传递到纵向腹