第二章_鋼橋設計計算理論課件

1、第二章 鋼橋設計計算理論2022/7/190第一節(jié) 鋼橋構件強度與穩(wěn)定計算理論 一般規(guī)定 公路鋼橋構件的強度及穩(wěn)定計算，應按承載能力極限狀態(tài)設計要求進行作用設計值效應的基本組合，組合表達式中的作用采用標準值，并乘以作用分項系數(shù)。各種作用的分項按現(xiàn)行公路橋涵設計通用規(guī)范的規(guī)定取用。當鋼橋遇有偶然作用時，尚應進行作用效應的偶然組合。鋼橋的疲勞計算應采用疲勞荷載的標準值效應 公路鋼橋的承載能力極限狀態(tài)設計，用于體現(xiàn)橋梁安全等級的結構重要性系數(shù)，對安全等級為一級的橋梁，取1.1；對安全等級為二級的橋梁，取1.0。 2022/7/191Tongji University, Qingtian Su第一節(jié)

2、鋼橋構件強度與穩(wěn)定計算理論 一般規(guī)定 1 桿件的強度和穩(wěn)定應按有效截面計算。2 受拉翼緣的強度計算有效截面應考慮剪力滯和孔洞的影響。3 受壓翼緣和腹板的強度計算有效截面應考慮剪力滯、孔洞和板件局部穩(wěn)定的影響。4 軸心受壓桿件的強度和穩(wěn)定計算應考慮板件局部穩(wěn)定的影響。5 桿件穩(wěn)定計算應考慮板件局部穩(wěn)定的影響。2022/7/192Tongji University, Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件強度與穩(wěn)定計算理論 有效截面規(guī)定 1) 考慮剪力滯影響的有效截面面積按下式計算：(5.1.6-1) 式中: 有效截面面積；be,i考慮剪力滯影響的第i塊板件的翼緣有效寬度，見圖5.1.6-1，按5

3、.1.7條計算；Ti 第i塊板件的厚度；As,i翼緣有效寬度內的加勁肋面積。圖5.1.6-1 考慮剪力滯影響的第i塊板件的翼緣有效寬度示意圖2022/7/193Tongji University, Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件強度與穩(wěn)定計算理論 有效截面規(guī)定 2) 考慮受壓加勁板局部穩(wěn)定影響的有效截面面積按下式計算：bi，ti第i塊受壓板件的寬度和厚度。 As,i第i塊受壓板件的加勁肋面積。 jl,i第i塊受壓板件的局部穩(wěn)定系數(shù)，按5.1.9條計算。圖5.1.6-2考慮受壓加勁板局部穩(wěn)定影響的受壓板件寬度示意圖(5.1.6-2)2022/7/194Tongji University,

4、 Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件強度與穩(wěn)定計算理論 有效截面規(guī)定 3) 同時考慮剪力滯和受壓加勁板局部穩(wěn)定影響的有效截面按下式計算：(5.1.6-3)圖5.1.6-3 同時考慮剪力滯和受壓加勁板局部穩(wěn)定影響的板件寬度示意圖2022/7/195Tongji University, Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件強度與穩(wěn)定計算理論 有效截面規(guī)定翼緣有效寬度be按式（5.1.7-1）和（5.1.7-2）計算 （5.1.7-1） （5.1.7-2） 2022/7/196Tongji University, Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件強度與穩(wěn)定計算理論 式中：be翼緣有效寬度

5、； b 腹板間距的1/2，或翼緣外伸肢為伸臂部分的寬度，如圖5.1.7-1所示； 等效跨長，見表5.1.7-圖5.1.7-1 翼緣的有效寬度有效截面規(guī)定 2022/7/197Tongji University, Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件強度與穩(wěn)定計算理論 有效截面規(guī)定 2022/7/198Tongji University, Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件強度與穩(wěn)定計算理論 軸心受壓板件的局部穩(wěn)定系數(shù) (5.1.9-1)(5.1.9-2) (5.1.9-3)式中 R相對寬厚比；k加勁板的彈性屈曲系數(shù)； b加勁板的寬（腹板或剛性縱向加勁肋的間距）； t被加勁板板厚；E彈性模

6、量； v泊松比。有效截面規(guī)定 2022/7/199Tongji University, Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件強度與穩(wěn)定計算理論 軸心受拉構件強度 軸心受壓構件強度(5.2.1-1) Aeff考慮局部穩(wěn)定影響的有效截面面積；(5.2.2-3） Aeff有效截面面積；2022/7/1910Tongji University, Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件強度與穩(wěn)定計算理論 軸心受壓構件穩(wěn)定：應考慮截面局部穩(wěn)定產生的截面影響 Aeff考慮局部穩(wěn)定影響的有效截面面積；軸心受壓構件的有效截面無偏心時，穩(wěn)定應按下式計算：(5.2.2-4)(5.2.2-5)式中 Nmax軸心壓力

7、，當壓力沿軸向變化時取桿件中間1/3部分的最大值； 軸心受壓構件整體穩(wěn)定系數(shù)，按5.2.3條計算式中 Nmax軸心壓力，當壓力沿軸向變化時取桿件中間1/3部分的最大值；軸心受壓構件的有效截面有偏心時，應按偏心受壓構件計算，偏心彎矩按下式計算： (5.2.2-6) eN有效截面偏心距；2022/7/1911Tongji University, Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件強度與穩(wěn)定計算理論 受彎構件 在主平面內受彎的實腹式構件抗彎強度應滿足下列規(guī)定 ：1、翼板正應力 式中 Wx,eff考慮剪力滯和受壓板件局部穩(wěn)定的有效截面模量。 (5.3.1-1) 2、受雙向彎曲和扭轉共同作用時，正應

8、力和剪應力的組合滿足 (5.3.1-2) 3、腹板剪應力開口截面腹板彎曲剪應力可按（5.3.1-4）計算： (5.3.1-4) (5.3.1-3) 2022/7/1912Tongji University, Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件強度與穩(wěn)定計算理論 受彎構件 未設加勁肋處的腹板局部應力按5.3.1-5計算4、受彎實腹式構件腹板在正應力x、剪應力和局部應力sy共同作用時 (5.3.1-6) (5.3.1-5) 式中，分布長度 2022/7/1913Tongji University, Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件強度與穩(wěn)定計算理論 受彎構件 受彎的等截面實腹式構件的整體

9、穩(wěn)定應滿足下列規(guī)定 ：(5.3.2-1)(5.3.2-2)(5.3.2-3)(5.3.2-4)(5.3.2-5)(5.3.2-6)Wx,eff，Wy,eff考慮剪力滯和受壓板件局部穩(wěn)定的有效截面模量 等效彎矩系數(shù)；kc彎矩換算系數(shù)，可按表5.3.2-1計算 相對長細比： 考慮約束影響的彎曲彈性屈曲彎矩。2022/7/1914Tongji University, Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件強度與穩(wěn)定計算理論 受彎構件 腹板加勁肋設置應滿足下列要求：1、腹板最小板厚度應滿足表5.3.3-1的要求。 2022/7/1915Tongji University, Qingtian Su第一節(jié)

10、 鋼橋構件強度與穩(wěn)定計算理論 受彎構件 腹板加勁肋設置應滿足下列要求：2、腹板橫向加勁肋的間距a應滿足下式要求： (5.3.3-1) 腹板橫向加勁肋慣性矩應滿足下式要求 ： (5.3.3-2)3、腹板縱向加勁肋滿足以下要求 ： (5.3.3-3)(5.3.3-4)2022/7/1916Tongji University, Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件強度與穩(wěn)定計算理論 拉彎、壓彎構件 實腹式拉彎、壓彎構件強度應滿足下列規(guī)定 ：(5.4.1-1)(5.4.1-3)(5.4.1-2)(5.4.1-4)式中： N計算截面軸力； 計算截面彎矩；Wx,eff，Wy,eff 考慮剪力滯和受壓板件

11、局部穩(wěn)定的有效截面模量。 exN, eyN有效截面偏心距。2022/7/1917Tongji University, Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件強度與穩(wěn)定計算理論 拉彎、壓彎構件 實腹式拉彎、壓彎構件整體穩(wěn)定應滿足下列規(guī)定 ：(5.4.2-4)(5.4.2-3)(5.4.2-5)(5.4.2-1)(5.4.2-2)軸心受壓構件整體穩(wěn)定系數(shù)彎矩作用平面內的受彎構件穩(wěn)定系數(shù)；雙向受彎相關系數(shù)=0.6；等效彎矩系數(shù)，按表5.4.2-1計算。 2022/7/1918Tongji University, Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件疲勞強度計算理論 一般規(guī)定 1、凡承受拉拉循環(huán)應力

12、或拉壓循環(huán)應力作用的橋梁構件都應進行疲勞驗算。在抗疲勞設計時，只考慮可變作用。2、 公路橋梁抗疲勞設計應根據(jù)5.7.2條5.7.4條中的3種疲勞荷載模型進行驗算。5.7.2疲勞荷載模型I ：采用車道荷載進行整體構件疲勞驗算 5.7.3 疲勞荷載模型II：采用標準疲勞車進行構造細節(jié)的疲勞驗算 5.7.4 疲勞荷載模型III：采用實橋交通調查數(shù)據(jù)作為制定疲勞荷載的依據(jù) 2022/7/1919Tongji University, Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件疲勞強度計算理論 疲勞荷載模型I ：1 、疲勞荷載模型I用于橋梁結構中整體構件疲勞驗算；2 、疲勞荷載模型I為等效的車道荷載。集中荷載

13、為0.7Pk，均布荷載為0.3qk。Pk和qk按公路橋涵設計通用規(guī)范(JTG D60-2004)第4.3.1條取值；3、 最大應力 和最小應力 由集中荷載與均布荷載的最不利排列確定；4 、計算 和 應考慮多車道折減的影響 5、 疲勞壽命驗算要求滿足：式中： 常幅疲勞極限，見圖5.7.5-1。 2022/7/1920Tongji University, Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件疲勞強度計算理論 疲勞荷載模型II ：1 、疲勞荷載模型II用于構造細節(jié)的疲勞驗算；2、疲勞荷載模型II為四軸單車模型，軸重、軸距與輪距的布置如下。(c)疲勞荷載輪軸分布(a)公路I級疲勞荷載(b)公路II級

14、疲勞荷載2022/7/1921Tongji University, Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件疲勞強度計算理論 疲勞荷載模型II ：3、 疲勞壽命驗算要求滿足：式中： 為疲勞荷載效應分項系數(shù)， 結構重要性系數(shù)。對于冗余桿件，。對于關鍵桿件， 結構重要性系數(shù)。對于冗余桿件取1.0，對于關鍵桿件取1.15. 疲勞抗力，對應于200萬次疲勞抗力應力幅，根據(jù)具體的疲勞細節(jié)取值 等效應力幅，按下式計算 為單車加載得到的應力最大值和最小值為損傷等效系數(shù) 為不同跨徑橋梁的損傷影響系數(shù) 為荷載修正系數(shù) 為交通量影響系數(shù) 為其他車道重車影響系數(shù) 為考慮疲勞極限的最大取值 2022/7/1922Ton

15、gji University, Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件疲勞強度計算理論 疲勞荷載模型III ：1 、疲勞荷載模型II采用實橋交通調查數(shù)據(jù)作為制定疲勞荷載的依據(jù) ；2、制定疲勞荷載模型應考慮行車方向、車道數(shù)量、車道類型、車輛間距、車輛類型、車輛軸重的影響 ；3、計算時根據(jù)驗算疲勞細節(jié)的應力影響線加載形成應力歷程，用雨流法或泄水法計數(shù)形成應力譜，得到 4、疲勞荷載模型III采用下式 驗算 式中： 為疲勞荷載效應分項系數(shù)， 結構重要性系數(shù)。對于冗余桿件取1.0，對于關鍵桿件取1.15. 疲勞應力譜中應力幅的加載次數(shù) 疲勞應力譜中應力幅的加載次數(shù) 疲勞應力譜中應力幅 的加載次數(shù)； 疲勞

16、細節(jié)曲線中與應力幅 對應的疲勞壽命 2022/7/1923Tongji University, Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件疲勞強度計算理論 疲勞抗力鋼結構的疲勞抗力用對應于不同疲勞細節(jié)的S-N雙對數(shù)曲線表示。每個疲勞細節(jié)用其對應于2.0106次疲勞壽命的應力幅標識。疲勞細節(jié)的常幅疲勞極限對應于曲線上疲勞壽命為5.0106的應力幅，截止限對應于疲勞壽命為1.0108的應力幅。在疲勞分析時，應力譜中所有低于截止限的應力循環(huán)可以忽略不計。 剪應力疲勞細節(jié)曲線 正應力疲勞細節(jié)曲線 2022/7/1924Tongji University, Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件疲勞強度計算

17、理論 疲勞細節(jié)2022/7/1925Tongji University, Qingtian Su第一節(jié) 鋼橋構件疲勞強度計算理論 疲勞細節(jié)2022/7/1926Tongji University, Qingtian Su5.2.3 軸心受壓整體穩(wěn)定系數(shù)，應根據(jù)構件的長細比、鋼材屈服強度和表 5.2.4的截面分類按下式計算，取截面兩主軸穩(wěn)定系數(shù)中的較小值。返回(5.2.3-1) (5.2.3-1) (5.2.3-2) (5.2.3-3) (5.2.3-4) 其中， 相對長細比按下式計算：2022/7/1927Tongji University, Qingtian Su式中， 軸心受壓構件彈性穩(wěn)定歐拉應力；l軸心受壓構件長細比，無可靠資料時可按本規(guī)范第5.2.4條或有限元方法計算；a參數(shù)，根據(jù)表5.2