正交異性板和鋼箱梁 研究報告

1、1 項目來源和研究工作概況2 正交異性板鋼橋面概述 3 Peklian-Esslinger法4 正交異性板計算的等效格子梁5 鋼梁腹板彈性穩(wěn)定理論6 鋼梁腹板(橫隔板)的實用彈塑性穩(wěn)定性分析7 結(jié)束語目 錄任務(wù)來源 20世紀80年代末期，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，尤其是公路和城市橋梁的迅速發(fā)展，促進了鋼橋的發(fā)展，尤其是鋼橋恒載小、建筑高度低，工廠加工的質(zhì)量容易保證，施工速度快等優(yōu)點，鋼橋類型遍及梁橋，拱橋，斜拉橋，懸索橋。這些橋梁主要采用鋼箱作為主梁或者拱肋。我國近年來每年鋼橋用鋼量保守的估計在10萬噸以上。 四川省公路和市政橋梁基本上還沒有采用正交異性板和鋼箱梁結(jié)構(gòu)。但是隨著四川經(jīng)濟的發(fā)展和大家對

2、鋼結(jié)構(gòu)橋梁的認識，以及外省多座鋼橋的影響，大家認識到正交異性板和鋼箱梁用于四川的大跨和城市橋梁是很有潛力的，2003年四川省交通廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院向四川省交通廳申請正交異性板和鋼箱梁設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究課題，在2003年8月得到交通廳的批準并立項。第一章 項目來源和研究工作概況研究目的 四川省鋼箱梁設(shè)計剛起步，但是四川省交通廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院已經(jīng)在外省設(shè)計和設(shè)計咨詢一些鋼橋。研究正交異性板和鋼箱梁設(shè)計中兩個關(guān)鍵問題，無論是作好技術(shù)儲備，還是進入外省大跨度橋梁設(shè)計市場都是很必要的。在本課題即將結(jié)束之時獲悉四川南溪長江大橋采用主跨820米的鋼箱梁懸索橋，這標志著鋼箱梁首次走進四川的大跨度橋

3、梁領(lǐng)域。研究工作內(nèi)容 選擇正交異性板和鋼箱梁設(shè)計中比較復(fù)雜的兩個問題，為主要研究內(nèi)容。1) 正交異性板鋼橋面的計算理論匯總和研究，對目前國內(nèi)外正交異性板計算的實用理論進行研究，對常遇情況下的正交異性板編制計算程序。 2) 鋼板梁和鋼箱梁腹板、橫隔板在多向應(yīng)力狀態(tài)下穩(wěn)定性研究，采用加勁板理論研究鋼箱梁腹板和橫隔板穩(wěn)定性，對設(shè)計進行優(yōu)化，更可靠、經(jīng)濟合理。第一章 項目來源和研究工作概況研究工作的完成情況和主要成果 本研究基本上完成了預(yù)定的兩個研究內(nèi)容，并取得了以下研究成果。 1) 總結(jié)了Peklian-Esslinger法計算正交異性板的步驟和公式，并采用此法編寫了正交異性板鋼橋面分析程序(SBG

4、AS程序)，對程序進行考證，計算結(jié)果可靠。 2) 建立了流線型扁平鋼箱梁第二體系應(yīng)力分析的等效格子梁模型，仔細推導(dǎo)了等效格子梁法的計算公式；采用等效格子梁法編寫正交異性板鋼橋面分析程序(ODAS系統(tǒng))，計算結(jié)果可靠，適用于有懸臂板和縱隔板的鋼箱梁。 3) 對高厚比較大的鋼箱梁腹板和橫隔板提出了相應(yīng)的設(shè)計思路，給出了加勁板三類臨界剛度的意義，彈性理論計算腹板穩(wěn)定的基本理論基礎(chǔ)，加勁肋合理位置的選擇。第一章 項目來源和研究工作概況4) 建立橫隔板內(nèi)力計算的空間節(jié)段模型，用該模型得到的結(jié)果可靠、全面，可以優(yōu)化開口(人洞)位置，得到的應(yīng)力可直接其穩(wěn)定性進行檢算。尤其是對斜拉橋鋼箱梁吊機前支點橫隔板進行

5、了詳細的有限元分析得到其應(yīng)力場分布。5) 以英國規(guī)范BS5400為基礎(chǔ)給出了采用彈塑性理論分析鋼箱梁腹板和橫隔板穩(wěn)定性的步驟，將有限元分析的結(jié)果和設(shè)計規(guī)范緊密的結(jié)合起來，編寫了鋼箱梁腹板和橫隔板穩(wěn)定性計算程序SBP，通過多個算例對程序進行考證，計算結(jié)果可靠。6) 將SBGAS、ODAS和SBP等程序匯總稱為正交異性板和鋼箱梁分析系統(tǒng)(OPBAS)曾成功用于大跨懸索橋和斜拉橋鋼箱梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算中，解決了大型橋梁設(shè)計計算中的復(fù)雜問題。第一章 項目來源和研究工作概況 本項目的研究成果曾經(jīng)用于南京長江二橋，湖北軍山長江大橋，廣東中山一橋，重慶魚嘴長江大橋、廣州珠江黃埔大橋北汊橋、廣州珠江黃埔大橋南

6、汊橋，重慶石板坡長江大橋，重慶菜園壩長江大橋，廣州獵德珠江大橋等多座大橋的設(shè)計(咨詢)或科研工作。 本項目的主研人員也多次被邀請為專家參加包括蘇通長江大橋在內(nèi)的多座大橋的評審，多次參加交通部鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范研討會等。 第一章 項目來源和研究工作概況合成橋面系非合成橋面系 合成橋面系是指橋面系除了將荷載傳遞給主梁，其本身還要參與主梁受力的橋面系，例如和主梁連接在一起的正交異性板鋼橋面(正交異性板和主梁之間傳遞剪力) 2.2 正交異性板鋼橋面的結(jié)構(gòu)行為概述 傳統(tǒng)明橋面的設(shè)計方法認為車輪荷載先由橋面板傳遞給縱梁，縱梁傳遞給橫梁，橫梁再傳遞給桁架或主梁，橋面系對橋梁縱向抗彎剛度基本沒有貢獻。正交異性

7、板橋面是將橋面板、縱肋和橫肋連接成為一個整體而形成上翼緣，橋面和主梁受力特征的差別變得不再非常明顯。橋面板和縱肋成為主梁的一部分(上翼緣)，橋面也可以為橋梁提供足夠的橫向剛度。 2.2 正交異性板鋼橋面的結(jié)構(gòu)行為概述 1)正交異性板橋面系統(tǒng)的構(gòu)件 頂板既形成縱肋、橫肋的翼緣部分，同時又作為主梁的上翼緣部分共同受力，其結(jié)構(gòu)行為非常復(fù)雜。全部采用板殼單元模擬，一次得到整個結(jié)構(gòu)的全部內(nèi)力和應(yīng)力，非常不經(jīng)濟的，還是將其內(nèi)力分析分為三個體系來計算。 為了方便設(shè)計根據(jù)結(jié)構(gòu)的變形將其受力劃分為以下三個體系： (1) 第一體系：結(jié)構(gòu)總體體系。 (2) 第二體系：橋面體系。 (3) 第三體系：支承在縱向加勁肋腹

8、板之間的橋面板的變形。 實際上這三個體系是共同作用的，此處為了便于理解，分為三個體系。 2.2 正交異性板鋼橋面的結(jié)構(gòu)行為概述 應(yīng)力疊加 第二體系(橋面體系)是多次超靜定結(jié)構(gòu)，計算比較復(fù)雜，通常采用簡化的方法分析，如P-E法、正交異性板理論、折板理論、有限元和有限條等方法。上個世紀50年代，前聯(lián)邦德國的WPelikan 和M Esslinger提出用正交異性板理論計算鋼橋面板，本章主要介紹P-E計算正交異性板基本理論。3.1 P-E法概述 認為鋼橋面是支承在剛度無限大主梁和等間距彈性橫梁上連續(xù)正交異性板。 P-E法計算正交異性板鋼橋面第二體系應(yīng)力的基本假定為： 1) 假設(shè)鋼橋面板在順橋向簡支在

9、箱梁或板梁的腹板上，在橫向彈性支承在間距相等的橫肋或橫梁上。 2) 橋面板計算時，假定鋼梁腹板的抗彎剛度無窮大，在順橋方向等間距布置的縱肋連同橋面蓋板的縱向抗彎剛度為： 3) 橫向抗彎剛度等于橋面板剛度Dp第三章 Peklian-Esslinger 法 計算分為以下兩個階段： 第一階段：假定橫肋的剛度無窮大，計算縱肋和橫肋中的最大彎矩，并計算橫肋的支反力； 第二階段：根據(jù)第一步計算得到橫肋的支反力并考慮橫肋的柔性對第一步計算得到的縱肋和橫肋的彎矩進行修正。 由于橫肋的變形，縱肋的支點彎矩減小，跨中彎矩增大，橫肋的跨中彎矩減小，在第二階段就是對以上數(shù)值進行修正。 第三章 Peklian-Essl

10、inger 法第三章 Peklian-Esslinger 法 縱肋設(shè)計時，最好計算A和B點。B點位于橫肋跨中和縱肋的跨中附近，橫肋的豎向變形比較大，縱肋跨中的豎向變形也比較大，導(dǎo)致縱肋的跨中正彎矩比較大，要驗算該點縱肋的跨中彎矩。A點位于最靠近主梁腹板的縱肋和橫肋相交的位置，此處橫肋彈性變形較小，橫肋支承作用比較強大，縱肋變形較小，縱肋支點負彎矩較大，因此要驗算支點負彎矩。 橫肋設(shè)計時，如果橫肋是簡支在主梁腹板上或主梁腹板抗扭剛度較小，應(yīng)檢查橫肋跨中附近的正彎矩。如橫肋連續(xù)支承在多個主梁的腹板上，要考慮橫肋靠近主梁腹板的負彎矩，一般情況下其支點負彎矩最好取跨中正彎矩的80%左右。第三章 Pek

11、lian-Esslinger 法 3.5 程序設(shè)計 根據(jù)以上Peklian-Esslinger理論編寫了正交異性板鋼橋面分析系統(tǒng)(SBGAS系統(tǒng))，該程序適用于縱向采用閉口加勁肋的正交異性板鋼橋面。該程序自從1997年起先后完成南京長江二橋、湖北軍山長江大橋、上海盧浦大橋、廣州珠江黃埔大橋等多座大橋的計算。 第三章 Peklian-Esslinger 法第四章 正交異性板計算的等效格子梁 Pe法的優(yōu)點： 最為常用，雖然比較繁瑣，但P-E法概念清楚、易于理解，且因提出比較早影響比較大，而且可以進行手算，早已被多數(shù)工程師所熟悉，至今P-E法仍被廣泛地應(yīng)用于正交異性板鋼橋面的計算分析。 P-E法的缺

12、點： 只適用于橋面簡支在鋼箱梁腹板上的情況。很難考慮有懸臂板、縱隔板的鋼箱梁，箱梁周邊對橫隔板的彈性鑲固作用。只能近似得到橫隔板的彎曲正應(yīng)力和彎曲剪應(yīng)力。第四章 正交異性板計算的等效格子梁4.1 正交異性板鋼橋面第二體系應(yīng)力分析的等效格子梁模型 為了考慮閉口加勁肋之間的荷載分配，假想在縱肋之間有虛擬的梁單元將各個縱肋連在一起，直接承受荷載的縱肋通過假想的配梁將荷載傳給附近的縱肋，采用位移法求解。由于通過假想的等效分配梁將荷載分配給其它的縱肋，所以稱為等效格子梁法?？梢钥紤]有懸臂板、鋼箱梁內(nèi)設(shè)置縱隔板等情況，使用的范圍比較廣。 正交異性板橋面等效格子梁法分析的思路是用一個等效的梁格體系來代表正交

13、異性板橋面。對每根縱肋和橫肋(橫隔板)采用與其中心線相重合的梁單元近似模擬，即等效格子梁的布置與縱肋和橫肋(橫隔板)的位置一致。 第四章 正交異性板計算的等效格子梁 等效格子梁法的物理意義是將每一構(gòu)件的剛度集中到與其毗連的鄰近梁格內(nèi)，換句話說縱肋剛度集中到梁格的縱梁內(nèi)，橫肋的剛度集中到梁格的橫梁內(nèi)。當(dāng)承受荷載時，正交異性板橋面和等效格子梁的撓度相等，等效格子梁的內(nèi)力等于它所代表的構(gòu)件的內(nèi)力。 事實上，等效格子梁和正交異性板有著不同的結(jié)構(gòu)特征，因此，這個假想只能是近似的，一般認為梁格布置越密，這種近似性就越好，計算結(jié)果也更符合實際，這種分析方法不僅適用于正交異性板，而且適用于斜交異性板和曲線梁分

14、析。 第四章 正交異性板計算的等效格子梁等效格子梁法和P-E法的比較 在橫橋向，M(x)的分布如圖，縱肋的彎矩常采用以下兩種方法： P-E法：M(max) 乘以縱肋的間距(a+e)，其物理意義是矩形包圍的面積。 積分法：對縱肋寬度范圍內(nèi)(=a+e)的彎矩M(x)進行積分，物理意義是曲線M(x)包圍的面積。 第四章 正交異性板計算的等效格子梁 采用等效格子梁理論，編寫ODAS程序，下面通過算例來相互考證。 算例1 以圖所示的正交異性板橋面結(jié)構(gòu)作為算例進行分析，等效格子梁法的計算模型圖所示，假設(shè)在縱肋跨中設(shè)置一個假想的等效分配梁，其剛度由ODAS程序求得I(eq)=5.45105mm4。 等效格子

15、梁法和P-E法計算結(jié)果比較項目等效格子梁法(ODAS程序)P-E法縱肋跨中上緣應(yīng)力(MPa)-50.6-55.7縱肋跨中下緣應(yīng)力(MPa)+131.0+144.1第四章 正交異性板計算的等效格子梁第五章 鋼梁腹板穩(wěn)定計算的彈性理論5.1鋼箱梁腹板設(shè)計思路1) 根據(jù)鋼箱梁(鋼板梁)腹板的高度、厚度及其實際應(yīng)力狀態(tài)，初步假定水平加勁肋和豎向加勁肋的尺寸和間距。2)對各板塊進行局部穩(wěn)定性的驗算，找出屈曲安全系數(shù)最小的板塊。3)調(diào)整水平加勁肋和豎向加勁肋的位置，重新計算各板塊的屈曲安全系數(shù)，使得各板塊的屈曲安全度基本相等。 5.2 板塊的臨界屈曲應(yīng)力和屈曲安全度5.2.1 幾種單向應(yīng)力狀態(tài)下矩形板的臨

16、界屈曲應(yīng)力22bDKK 單向均勻壓力周邊均勻剪應(yīng)力線性分布壓應(yīng)力5.2.2 臨界屈曲換算應(yīng)力 5.2.2 臨界屈曲換算應(yīng)力工程中常見的組合應(yīng)力狀態(tài)中，以下兩種組合特別重要：1)單向線性分布壓應(yīng)力與剪應(yīng)力的組合；2)在前者的基礎(chǔ)上增加另一個方向的均布壓應(yīng)力。 b2ab1b12 221121111212412411KKKYYKKYYK22112111111212212124124112413KKKYYKKYYKKYYKYYVK安全系數(shù) 臨界屈曲應(yīng)力 簡化的彈塑性屈曲 矩形板塊的彈塑性臨界屈曲應(yīng)力總可以用來表示。 在鋼箱梁和鋼板梁設(shè)計中，采用半經(jīng)驗的修正，其中Et為材料的切線彈性模量，E為材料的彈性

17、模型。 對于多向應(yīng)力狀態(tài)，認為在臨界屈曲應(yīng)力超過比例極限后，板是各向異性的。在x方向為切線模量，在y方向依然為彈性模量，在xy方向假定為，最后再根據(jù)不同鋼種的彈塑性失穩(wěn)曲線得到鐵路鋼橋設(shè)計規(guī)范(TB1002.2-99) P91的計算式PSPVKSVCR22bDKKKEEt 5.2.4板的屈曲安全度 板梁和箱梁的屈曲安全度定義為臨界換算應(yīng)力和設(shè)計換算應(yīng)力之比。第i塊板塊的安全度記為： 設(shè)計要求v不小于某一數(shù)值，有的取1.5，有的取1.3。所有的腹板板塊都必須滿足該條件，最小的記為，與之對應(yīng)的板塊為腹板板塊中最薄弱的板塊。VKVi 5.3 鋼箱梁(鋼板梁)腹板加勁肋設(shè)計和計算5.3.1 豎向加勁肋

18、的設(shè)計和計算5.3.1.1豎向加勁肋的間距 設(shè)高度為h，厚度為 的無限長板塊，兩邊受剪應(yīng)力的作用，采用加勁肋間距為a的豎向加勁肋將板分為長為a，高為h的矩形板塊，假定豎向加勁肋的剛度足夠大，以致于可以將其間的板塊當(dāng)作獨立的四邊簡支板看待。從其中取出一個板塊，計算豎向加勁肋間距的原則是臨界應(yīng)力K和設(shè)計應(yīng)力之比大于或等于設(shè)計要求的安全度。21005072600a 5.3.1.2豎向加勁肋剛度的計算和設(shè)計1) 臨界剛度的意義 設(shè)計豎向加勁肋時，需要計算其臨界剛度，再將計算得到的臨界剛度增大m倍后作為設(shè)計需要的最小剛度。 其中：E為材料的彈性模量，J為加勁肋的設(shè)計剛度， J*為豎向加勁肋的臨界剛度，m

19、為安全系數(shù)。 *mEJEJ *)1510(EJEJ 5.3.2水平加勁肋的位置和剛度5.3.2.1剪應(yīng)力較小時水平加勁肋的位置 合理的水平加勁肋位置能使各板塊的屈曲安全度相等或者接近，從而比較充分的發(fā)揮每個板塊的抗力。 水平加勁肋的位置計算公式： 當(dāng)剪應(yīng)力為0時，上式是準確的，否則是近似的，對于剪應(yīng)力比較小的區(qū)域可以得到較好的應(yīng)用效果。對剪應(yīng)力較大的區(qū)域，可以采用以上公式作最初的尺寸擬定，然后計算各板塊的屈曲安全度后進行相應(yīng)的調(diào)整。31525. 0bb 32629. 0bb bbbb321 5.3.2水平加勁肋的位置和剛度5.3.2.2水平加勁肋的剛度關(guān)于加勁肋設(shè)計的兩種思路 柔性加勁肋 剛性

20、加勁肋 設(shè)計者要在這兩種方法之間選擇最經(jīng)濟的方法。多數(shù)情況下都選擇剛性加勁肋方案。采用剛性加勁肋時整個加勁腹板的屈曲分析就可以簡化為分析加勁肋之間板塊的屈曲分析。 5.3.2水平加勁肋的位置和剛度最佳剛度可以采用以下三種方法定義。第一肋臨界剛度 肋恰好位于板屈曲后的波節(jié)線上，當(dāng)剛度達到臨界剛度后已不可能使臨界應(yīng)力提高。肋剛度較小，帶有肋的板塊屈曲成一個半波，肋本身彎曲；肋剛度逐漸增加到臨界剛度時，板塊屈曲成為兩個半波，肋和波節(jié)線重合，肋只扭不彎。由于肋本身不彎曲，無論其抗彎剛度如何增加都不會導(dǎo)致臨界承載力的增加。只在某些特定荷載和加勁肋的布置情況時才出現(xiàn)，平時遇到的情況不多。 5.3.2水平加

21、勁肋的位置和剛度最佳剛度可以采用以下三種方法定義。第二類臨界剛度 中央設(shè)置縱向加勁肋的平板在面內(nèi)彎矩作用下，雖然沿著肋被迫沒有線位移形成有節(jié)線的“固定”狀態(tài)(圖(c)，但是卻不會形成其線位移的二階導(dǎo)數(shù)等于零的節(jié)線，即使位移為零，但其曲率卻不等于零， (c)加勁肋處的位移曲線有曲率。當(dāng)肋剛度達到某數(shù)值，再增加其剛度，臨界應(yīng)力已無明顯提高，此時剛度為臨界剛度。 5.3.2水平加勁肋的位置和剛度 第三類臨界剛度 在許多實際情況下，在理論上既不存在第一類臨界剛度也不存在第二類臨界剛度。第三類臨界剛度定義為整個加勁板的屈曲荷載等于最不利節(jié)間的屈曲荷載，此時節(jié)間的四邊約束條件為簡支，這樣的撓曲剛度稱為第三

22、類臨界剛度。 5.3.2水平加勁肋的位置和剛度箱梁或板梁腹板水平加勁肋的臨界剛度 箱梁或板梁薄腹板的特點是具有多條水平加勁肋，從這個特點出發(fā)采用第三類臨界剛度的思路來定義腹板水平加勁肋的臨界剛度。數(shù)條水平加勁肋將腹板沿高度方向分為一系列的板塊，使整個腹板與最薄弱的板塊同時進入屈曲臨界狀態(tài)，此時加勁肋應(yīng)具備的剛度稱為臨界剛度。 根據(jù)能量原理，確定整個腹板板塊的穩(wěn)定性和加勁肋的剛度。 第六章 鋼梁腹板(橫隔板)的實用彈塑性穩(wěn)定性分析 加勁板的彈塑性穩(wěn)定分析理論是比較復(fù)雜的，從工程可靠性，工程技術(shù)人員可操作性及普及性的角度來看，對腹板(橫隔板)彈塑性穩(wěn)定比較實用的是英國鋼橋設(shè)計規(guī)范BS5400。 先

23、介紹采用BS5400計算橫隔板穩(wěn)定性的思路和方法，介紹橫隔板應(yīng)力場的計算，如何將有限元計算的結(jié)果和設(shè)計規(guī)范緊密的結(jié)合起來，評價鋼梁腹板和橫隔板的穩(wěn)定性。最后以珠江黃埔大橋為工程背景，采用BS5400和中國鐵路鋼橋設(shè)計規(guī)范(TBJ1002.2-99)分析了鋼箱梁的吊機前支點橫隔板的穩(wěn)定性。第六章 鋼梁腹板(橫隔板)的實用彈塑性穩(wěn)定性分析6.1 采用BS5400計算腹板穩(wěn)定性的步驟 腹板板塊的劃分 以橫向加勁肋或者橫隔板作為橫向邊界，以縱向加勁肋或者梁的翼緣作為縱向邊界，將腹板圍起來的各個部分，叫“腹板板塊”，與梁的翼緣相鄰的腹板板塊稱為“外側(cè)板塊”，腹板的應(yīng)力狀態(tài)如圖所示。第六章 鋼梁腹板(橫隔

24、板)的實用彈塑性穩(wěn)定性分析1)首先判斷每個板塊的約束情況：有約束還是吳約束2)再分別計算各板塊的： 軸向屈曲系數(shù) 1， 剪切屈曲系數(shù)Kq， 彎曲屈曲系數(shù)Kb， 橫向屈曲系數(shù)K2。3)采用交叉公式計算各板塊的穩(wěn)定性13qbcmmm第六章 鋼梁腹板(橫隔板)的實用彈塑性穩(wěn)定性分析 為了保證加勁肋能夠為腹板板塊提供有效的支承，使腹板板塊能夠按照以上的公式計算，BS5400對水平和豎向加勁肋的設(shè)計進行了嚴格的規(guī)定。尤其是腹板的剪應(yīng)力大于一定數(shù)值時可以形成拉力場，因此對豎向加勁肋進行了嚴格的限制。豎向加勁肋的荷載效應(yīng)包括： (a) 由于拉力場產(chǎn)生的軸力； (b) 腹板失穩(wěn)后產(chǎn)生的軸力； (c) 橫梁和橫

25、聯(lián)傳來的軸力； (d) 翼緣短段荷載傳遞來的軸力； (e) 翼緣在立面呈曲線時所產(chǎn)生的軸力； (f) 傾斜翼緣在轉(zhuǎn)折處所產(chǎn)生的軸力 (g) 由于軸力的偏心或由于橫梁、橫聯(lián)、U型框架或橋面板的彎曲產(chǎn)生的繞平行于腹板軸的彎距。BS5400計算豎向加勁內(nèi)力的公式和方法具體參見該規(guī)范，此處不再贅述。第六章 鋼梁腹板(橫隔板)的實用彈塑性穩(wěn)定性分析 采用以上理論，筆者編寫計算程序SBP，計算橫隔板的彈塑性穩(wěn)定性。輸入數(shù)據(jù)說明 1 總體數(shù)據(jù)部分 (首先判明內(nèi)側(cè)板塊和外側(cè)板塊的個數(shù)) 內(nèi)部隔板個數(shù), 外部隔板個數(shù) 2. 材料參數(shù) 材料的名義屈服應(yīng)力，腹板應(yīng)力重分布系數(shù) 3 讀入內(nèi)部板塊的控制信息 內(nèi)部板塊的

26、長度、高度、厚度和離翼緣板的距離 內(nèi)部板塊的軸向壓應(yīng)力、縱向彎曲應(yīng)力、橫向壓應(yīng)力、剪應(yīng)力和翼緣應(yīng)力 4.讀入外部板塊的控制信息 外部板塊的長度、高度、厚度和離翼緣板的距離 外部板塊的軸向壓應(yīng)力、縱向彎曲應(yīng)力、橫向壓應(yīng)力、剪應(yīng)力和翼緣應(yīng)力程 序 設(shè) 計第六章 鋼梁腹板(橫隔板)的實用彈塑性穩(wěn)定性分析6.2 流線型扁平鋼箱梁橫隔板的空間有限元分析 采用P-E法和等效格子梁法得到的橫隔板結(jié)果過于簡單，實際上橫隔板受力較復(fù)雜，下面用節(jié)段模型比較細致地分析橫隔板的受力。 橫隔板的結(jié)構(gòu)行為概述 1) 橋梁縱向，橫隔板相當(dāng)于縱肋的彈性支撐，減小了縱向加勁肋的跨度和受壓失穩(wěn)時的自由長度； 2) 橋梁橫向，橫隔

27、板和有效寬度內(nèi)的鋼箱梁的上下翼緣共同作用相當(dāng)于一個上緣受壓的工字梁； 第六章 鋼梁腹板(橫隔板)的實用彈塑性穩(wěn)定性分析非吊點處橫隔板計算模型 吊點處橫隔板計算模型 支座處橫隔板計算模型 第六章 鋼梁腹板(橫隔板)的實用彈塑性穩(wěn)定性分析第六章 鋼梁腹板(橫隔板)的實用彈塑性穩(wěn)定性分析南京長江二橋橫隔板計算模型(部分模型) 1997年 第六章 鋼梁腹板(橫隔板)的實用彈塑性穩(wěn)定性分析非吊點Mises應(yīng)力等值線圖 吊點Mises應(yīng)力等值線圖 支座處Mises應(yīng)力等值線圖 第六章 鋼梁腹板(橫隔板)的實用彈塑性穩(wěn)定性分析 在橫隔板中間和縱隔板外側(cè)附近處的位置有3個Mises應(yīng)力都比較小的區(qū)域。因此，在

28、這些位置處預(yù)留人洞和電纜洞是比較合適的。由圖6-13可以看出由于縱隔板的設(shè)置，由于支座處的橫隔板在應(yīng)力比較小的區(qū)域的應(yīng)力分布比較復(fù)雜，可將支座處人洞和電纜洞的設(shè)置向外偏離1.5-2.0米。 在橫隔板下方高度減小處的應(yīng)力分布比較復(fù)雜，而且應(yīng)力的數(shù)值比較大，橫隔板的下腳點增設(shè)兩道比較短的縱向局部加勁肋。 第六章 鋼梁腹板(橫隔板)的實用彈塑性穩(wěn)定性分析斜拉橋的吊機前支點橫隔板 在斜拉橋的施工階段，支座、臨時吊點和吊機的前支點等一般都是設(shè)置在橫隔板附近。斜拉橋吊機的荷載直接作用在鋼箱梁的橫隔板上，由于吊機前支點的荷載比較大，鋼箱梁橫隔板受彎、壓、剪共同作用，由于橫隔板的構(gòu)造特點，考慮其整體性較差，各

29、種開孔造成截面削弱和截面應(yīng)力集中等特點，研究橫隔板腹板在局部壓應(yīng)力、彎、壓、剪共同作用時的穩(wěn)定性能。鋼箱梁施工吊裝時，橫隔板在吊機的前支點集中荷載作用下可能引起局部屈曲，即躓曲，甚至出現(xiàn)整體失穩(wěn)。 第六章 鋼梁腹板(橫隔板)的實用彈塑性穩(wěn)定性分析蘇通長江大橋鋼箱梁吊機前支點橫隔板局部加勁肋示意第六章 鋼梁腹板(橫隔板)的實用彈塑性穩(wěn)定性分析1XYZ 廣州珠江黃埔大橋北汊橋為工程背景進行計算。主橋為主跨383米的大跨度獨塔鋼箱梁斜拉橋，孔跨布置為383+197+63+62米，主橋全長705米。首先采用上述的節(jié)段鋼箱梁模型計算得到吊機前支點橫隔板的應(yīng)力場。第六章 鋼梁腹板(橫隔板)的實用彈塑性穩(wěn)定

30、性分析1XYZ1XYZ第六章 鋼梁腹板(橫隔板)的實用彈塑性穩(wěn)定性分析1MNMXXYZ-.170E+07-.138E+07-.107E+07-754110-439212-124315190582505479820377.114E+07 橫隔板橫向正應(yīng)力（百帕） 第六章 鋼梁腹板(橫隔板)的實用彈塑性穩(wěn)定性分析1MNMXXYZ-.108E+07-853767-627182-400598-17401452571279155505739732324958908橫隔板在豎向的正應(yīng)力 第六章 鋼梁腹板(橫隔板)的實用彈塑性穩(wěn)定性分析1MNMXXYZ-.114E+07-931495-721554-5116

31、13-301671-91730118211328153538094748035橫隔板剪應(yīng)力云圖 第六章 鋼梁腹板(橫隔板)的實用彈塑性穩(wěn)定性分析板塊號ab12bf11000241010.17-33.6-40.30-45.802600241022.06-46.46-68.53-14.64350018982.62-39.38-63.2454.41-76.074160054036.68-64.90-44.80-104-14.24附注板的尺寸單位為mm，應(yīng)力的單位為MPa。第六章 鋼梁腹板(橫隔板)的實用彈塑性穩(wěn)定性分析手算和程序計算的結(jié)果對比表板塊號手算程序電算附注10.4210.428由于手算是查

32、表中的曲線，有一定的差別。20.4630.45930.7660.73440.7850.783 通過以上計算可以看出大跨度斜拉橋尤其是鋼箱梁的寬度比較大，斜拉索索距比較長的情況下，吊機前支點橫隔板的穩(wěn)定性是非常值得關(guān)注的。 第六章 鋼梁腹板(橫隔板)的實用彈塑性穩(wěn)定性分析板塊號BS5400 K1BS5400相對安全系數(shù)K2鐵路規(guī)范(TB1002.2-99)K3鐵路規(guī)范相對安全系數(shù)K4 10.4282.3362.441.87720.4592.1794.843.72330.7341.3622.0541.58040.7831.2771.891.454附注BS5400的相對安全系數(shù)等于K2=1/K1 鐵路規(guī)范相對安全系數(shù)K4=K3/1.35 取出同一板塊根據(jù)BS5400和中國鐵路規(guī)范(TBJ1002.2-99)計算的安全系數(shù)如表所示。根據(jù)比較K2和K4可知，兩個規(guī)范計算的結(jié)果有一