正交異性板鋼箱梁剪力滯效應(yīng)探析

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1、正交異性板鋼箱梁剪力滯效應(yīng)探析　　摘要：結(jié)合某正交異性板鋼箱梁，建立了空間板殼元和梁?jiǎn)卧Ｐ?，分析了邊界條件、荷載大小及作用方式、跨寬比、頂板厚度等因素對(duì)剪力滯效應(yīng)的影響。關(guān)鍵詞：正交異性板鋼箱梁剪力滯空間板殼單元中圖分類(lèi)號(hào)：U448.21文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AAbstract：Combinedwithanorthotropicsteelboxgirder,establishedthespatialshellelementandbeamelementmodel,analyzedtheinfluenceofboundarycon

2、ditions,loadsandmodeofaction,thespanwidthratio,thicknessofroofandotherfactorsontheshearlageffectcomeKeyWords:OrthotropicplateSteelboxgirderTheshearlagSpaceshellelementDiscussiononShearLagEffectofOrthotropicSteelBoxGirderGanLu,SUXiaobo10在現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)中，正交異性板鋼箱梁以其自重小、抗彎抗

3、扭剛度大、施工周期短、易于工廠化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)型大跨度橋梁結(jié)構(gòu)中[1]。在已建成的橋梁中，世界最大跨徑的斜拉橋——蘇通大橋、世界最長(zhǎng)的跨海大橋——杭州灣跨海大橋南、北航道橋、世界第二跨徑的懸索橋——storebelt橋(大貝爾特橋)主梁均采用了正交異性板鋼箱梁。此外，由于施工對(duì)橋下凈空干擾小等優(yōu)點(diǎn)，正交異性板鋼箱梁在城市橋梁中也有著廣泛的應(yīng)用。一般來(lái)說(shuō)，正交異性板鋼箱梁是由頂、底板、邊縱腹板、中縱隔板、橫隔板及加勁肋(常見(jiàn)有U肋、T肋、板肋三種形式)組成，由于縱、橫肋的剛度差異，頂、底板與加勁肋組成了正交

4、異性橋面板結(jié)構(gòu)。其顯著特點(diǎn)之一是：正交異性板鋼橋面既作為橋面系直接承受二恒及活載作用，又是主梁的上翼緣，參與結(jié)構(gòu)整體受力，力學(xué)行為復(fù)雜。正交異性板鋼箱梁經(jīng)典的解析方法可采用烏曼斯基的閉口薄壁梁約束扭轉(zhuǎn)理論和符拉索夫的廣義坐標(biāo)法[2]。烏式理論精度較好，但求解微分方程過(guò)程繁瑣，且常難以得到解析解；廣義坐標(biāo)法將有限個(gè)縱向廣義位移假定為線性，無(wú)法反應(yīng)箱梁在對(duì)稱彎曲下的剪力滯效應(yīng)，且此法要求截面雙軸對(duì)稱，也不能考慮翼緣作用，因而可操作性不強(qiáng)。10隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和有限元理論的發(fā)展，空間板-梁法、板殼單元法可以較真實(shí)的反映出正交異

5、性板鋼箱梁的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)，但就目前而言，上述方法計(jì)算花費(fèi)較高，僅適用于施工圖設(shè)計(jì)階段深度計(jì)算。在初步設(shè)計(jì)階段，傳統(tǒng)的三體系應(yīng)力疊加法[3]以其力學(xué)概念明確、計(jì)算方法簡(jiǎn)單、結(jié)果相對(duì)可靠而得到廣泛應(yīng)用。其中，第三體系(頂板體系)應(yīng)力通常較小，且常為橫向分布，一般不考慮疊加(實(shí)際上，研究逐漸表明，第三體系應(yīng)力正是引起鋼橋面板疲勞破壞的主要原因[4][5])；第二體系(橋面體系)應(yīng)力目前國(guó)內(nèi)外常采用P-E法、等代梁格法、有限元法等方法計(jì)算[6]；第一體系(主梁體系)將正交異性板鋼橋面作為主梁上翼緣參與結(jié)構(gòu)受力，在考慮其剪力滯效

6、應(yīng)(常以有效分布寬度表示)后，即可按初等梁理論進(jìn)行計(jì)算。目前，國(guó)內(nèi)規(guī)范尚無(wú)正交異性板鋼箱梁考慮剪力滯效應(yīng)的有關(guān)規(guī)定，本文旨在對(duì)這一問(wèn)題做初步探討。1工程背景某簡(jiǎn)支鋼箱梁，跨度65m，單箱雙室結(jié)構(gòu)。梁高3m，寬14m，兩側(cè)各懸臂2.5m，底板寬7m，頂板和腹板厚16mm，底板厚20mm。頂板加勁肋采用U肋和板肋兩種，其中U肋板厚8mm，高為30mm，板肋厚16mm、高20mm；底、腹板加勁肋均采用板肋，構(gòu)造同頂板肋。主梁一般構(gòu)造見(jiàn)圖1。圖1主梁標(biāo)準(zhǔn)段一般構(gòu)造(單位：mm)采用剪力滯系數(shù)表示剪力滯效應(yīng)的大小，按下式計(jì)算：式

7、中：—截面的實(shí)際分布應(yīng)力；—按初等梁理論計(jì)算的截面平均應(yīng)力10建立空間板殼元模型計(jì)算、建立梁?jiǎn)卧Ｐ陀?jì)算。模型主要參數(shù)見(jiàn)表1。表1模型基本參數(shù)一覽材料彈模(MPa)泊松比容重(kN/m3)凈跨徑(m)Q345c2.06E+050.378.563.6事實(shí)上，空間板殼元模型的計(jì)算結(jié)果已經(jīng)包含了三體系應(yīng)力的疊加。根據(jù)本文研究重點(diǎn)，為了有效規(guī)避第二、第三體系應(yīng)力對(duì)第一體系應(yīng)力的影響，對(duì)板殼元模型做如下簡(jiǎn)化：(1)認(rèn)為橫隔板對(duì)主梁整體剛度的影響很小，模型中不考慮中橫隔板。僅在支座位置建立端橫隔板，防止底板局部屈曲。(2)集中荷載

8、和均布荷載均施加于腹板、縱隔板與頂板交接處，防止橋面板在直接荷載作用下局部應(yīng)力對(duì)結(jié)果的影響。模型邊界條件模擬為理想簡(jiǎn)支，板殼單元計(jì)算模型見(jiàn)圖2。圖2板殼單元計(jì)算模型2剪力滯效應(yīng)分析計(jì)算了跨中集中荷載、滿跨均布荷載(加載示意見(jiàn)圖3)兩工況下，主梁橋面板的剪力滯效應(yīng)。以x軸(見(jiàn)圖1)為橫坐標(biāo)，剪力滯系數(shù)為縱坐標(biāo)，繪制不同截面的橫向分布