钢箱梁开口加劲肋设计探讨_图文.

邓娟红,等:钢箱梁开口加劲肋设计探讨钢箱梁开口加劲肋设计探讨
邓娟红宋一凡陈至辰
(长安大学陕西省公路桥梁与隧道重点实验室西安710064
摘要结合钢箱梁设计工程实践,利用有限元程序ANSYS7.0对钢箱梁顶板、底板开口加劲肋进行了全面的计算分析,模型采用Shell63单元离散,通过计算给出了开口加劲肋的间距、高度对钢箱直粱桥和钢箱弯梁桥受力性能的影响规律,从而达到加劲肋优化设计的目的,为同类桥梁设计提供参考。

关键词开口加劲肋钢箱梁直箱梁弯箱梁
DESIGN RESEARCH oN oPEN STIFFENER FoR STEEL BoX GIRDER
Deng JuanhOng SOng Yifan Chen Zhichen
(Chang 7an University,Major Laboratory for Highway Bridge and Tunne“n Shaanxi Xi’an 710064
ABSlRACT(n the basis of steel box girder design engineering practice,it is conducted a fuU calculation and a analysis of the stiffeners for steel box girder r∞f and fl∞r using ANSYS 7.0.It is found that there is apparent reguladty between the height and space of the stiffeners and the stressed peI’formance of the straight steel box girder and th e curved box girder bridge.Thus it offers an e“ective
method for the optimum design of stiffener.
KEY WoRDS open stiffener steel box girder straight box girder curved box girder 近年来随着高等级公路的修建和城市高架桥、
立交桥建设的需要,钢箱梁桥结构在我国已被广泛采用。

目前,对钢梁桥的研究主要是针对全桥的整体分析,对顶、底板加劲肋没有专门的研究。

加劲肋有闭口加劲肋和开口加劲肋,从便于施工和养护方面来说,开口加劲肋具有明显优势。

钢箱梁的顶、底板和腹板厚度较小,是典型的闭口型薄壁结构,因此必须有一定数量的加劲构件如加劲肋和横隔板来保证其受力性能。

钢箱梁在无加劲肋的情况下常出现下面一些问题u J:
1在垂直荷载作用下顶板发生较大的凸凹变形,在集中荷载作用点附近受压翼
缘局部屈曲,腹板被压皱;
2在弯矩作用下,因截面惯性矩不足,弯矩达到临界弯矩M。

,时会发生弯折破坏;
3在扭矩T作用下,当T达到临界扭矩T。

,时箱梁会出现屈曲现象。

为提高钢箱梁承载能力并保持良好的工作性能,需要沿顶、底板纵向设置足够的加劲肋,横向设置横隔板。

设置过多的加劲肋会增加梁体自重,造成材料浪费,不
能充分发挥材料应有的作用。

本文结合钢箱梁设计工程实践,探讨加劲肋的间距、高度对结构受力的影响,从而达到优化加劲肋设计的目的,为钢箱梁桥设计提供参考。

l模型建立
以设计跨径为30m的简支钢箱直梁桥和跨径为30m、半径为250m的简支钢
箱弯梁桥为例。

设计钢板厚24mm,顶板宽8000mm,底板宽 5000mm,梁高
1300mm。

梁的截面形式为单箱四室,具体尺寸见图1。

结构分析模型按板单元离散,采用通用程序 ANSYS 7.0分析计算,弹性模量和泊松比分别取 E=2.1GPa,扯=0.3。

在顶、底板上布置不同间距、不同高度的加劲肋来探讨加劲肋的间距及高度对钢箱梁结构受力性能的影响规律。

2钢箱直梁桥结构分析
2.1加劲肋间距对钢箱梁结构受力性能的影响在箱梁室内的顶、底板上分别按d/3、d/4、d/ 5、d/6、d/7、d/8、d/9、d/10(d为两腹板之间的距离间距均布加劲肋,
在跨中截面加集中荷载进行计算,求得各控制点应力、位移值与无加劲肋模型下的应力、位移值的比值。

跨中截面各节点的位移比值、应力比值绘成曲线如图2、图3所示。

.
第一作者:邓娟红女1979年2月出生硕士研究生
收稿日期:2005—03—05
steel Construction.2005(5,Vol_20,No.8129万方数据
工程设计
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图2不同问距加劲肋对应的跨中截面节点位移比值
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图3不同间距加劲肋对应的跨中截面节点应力比值
2.2加劲肋高度对钢箱梁结构受力性能的影响将加劲肋间距为矗/3的模型的加劲肋高度矗取0、15、20、30、40cm,在跨中截面加集中荷载进行计算,各种情况下截面节点的位移比值、应力比值绘成曲线如图4、图5所示。

由图2~图5可知设置加劲肋后对节点3、8刚度影响最小,对节点1、5、6、10影响最大;加劲肋的高度对结构的性能影响更为明显,只有设置合适高度的加劲肋才能达到最佳效果,既能提高结构的性能又能充分利用材料。

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图4不同高度加劲肋对应的跨中截面节点位移比值
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图5不同高度加劲肋对应的跨中截面节点应力比值
3钢箱弯梁桥结构分析
3.1加劲肋间距对钢箱梁结构受力性能的影响在箱梁室内的顶、底板上分别按d/3、d/4、d/ 5、d/6、d/7、d/8、d/9、d/10(d为两腹板之间的距离间距均布加劲肋,在跨中截面加集中荷载进行计算,求得各控制点应力、位移值与无加劲肋模型下的应力、位移值的比值。

跨中截面各节点的位移比值、应力比值绘成曲线如图6、图7所示。

3.2加劲肋高度对钢箱梁结构受力性能的影响将加劲肋间距为d/3的模型的加劲肋高度矗取0、15、20、30、40cm,在跨中截面加集中荷载进行计算,各种情况下截面节点的位移比值、应力比值绘成曲线如图8、图9所示。

钢结构 2005年第5期第20卷总第81期
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图6不同间距加劲肋对应的跨中截面节点位移比值1.0趔 (・9
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图7不同间距加劲肋对应的跨中截面节点应力比值4结论
4.1直桥计算结果分析
由图2、图3可知加劲肋的间距对结构的受力影响显著,从位移比值和应力比值综合考虑可以确定选用间距为d/4的加劲肋时结构的受力状况最好。

由图4、图5可知加劲肋的高度对结构的受力影响也很显著,从图中可以看到加劲肋高为15cm 时结构的刚度明显增大,强度也增大了约1.5倍。

设置更高的加劲肋时由于结构自重的增加,刚度和强度指标都没有加劲肋高15cm时好。

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4.2
弯桥计算结果分析
由图6、图7可知加劲肋的间距对弯桥结构的
受力影响比较复杂,对边节点影响大,对中节点影响小,综合考虑选用间距为d/5的加劲肋时较为合适。

由图8、图9可知加劲肋的高度对结构的刚度影响很大,对强度影响不是很明显。

从图中可以判定选用加劲肋高为20cm时最合适。

参考文献
1
JTJ 025—86公路桥涵钢结构及木结构设计规范
2周远隶。

徐君兰.钢桥.北京:人民交通出版社,1991
近期钢厂价格下调
宝钢四季度价格各产品都进行了降价调整:钢坯下调了200~250元/t,钢坯价格的下调预示着前期钢厂的高成本已经远去;线材下调了400~1000元/t;热轧下调了200~800元/t;冷轧下调了100~300元/t;轧硬卷普遍下调1000元/t;热镀锌下调200元/t;镀铝锌下调400~800元/t;宽厚板下调了400~1100元/t;电工钢下调800~1000元
/t。

宝钢的每季度调价在国内钢材市场上一直有“风向标”作用,从3月末开始,国内的钢价就开始全线下跌,但为了稳住市场,宝钢第三季度的大部分产品均执行第二季度价格,部分品种甚至进行了价格的上调。

在经过长期下跌后,商家本就已经失去了方向,而钢厂下调价格无疑又把难题交给了市场。

各钢厂出厂价格下调后,执行价格与市场价格基本持平,但代理商还可享受代理费,而且各钢厂都有不同程度的批量优惠。

也就是说虽然不前市场价格在不断下跌,各方也仍就是有利可图的,并不完全像一些人所说的:现在市场价格与钢厂价格出现倒挂,商家大幅亏损。

钢厂价格下调,弱势尽显,最能够体现出来的问题就是:钢厂销售不畅已经是大面积的普遍的事实。

钢厂为了拉合同、走库存而下调出厂价格,商家也有理由为了走货下调销售价格。

如此综合冲击之下,钢市是涨是跌,市场已经做出了回答。

’摘自中国钢结构网
Steel
Construction.2005(5,V01.20,No_81
31
Ⅲ
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一
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万方数据
钢箱梁开口加劲肋设计探讨
作者:邓娟红 , 宋一凡 , 陈至辰 , Deng Juanhong, Song Yifan, Chen Zhichen 作者单位:长安大学,陕西省公路桥梁与隧道重点实验室,西安,710064
刊名:
钢结构
英文刊名:STEEL CONSTRUCTION
年,卷(期:2005,20(5
被引用次数:0次
参考文献(2条
1. JTJ 025-1986 公路桥涵钢结构及木结构设计规范
2. 周远隶 . 徐君兰钢桥 1991
相似文献(5条
1.会议论文宋恒扬 . 戴公连三汊矶大桥钢箱梁开口肋板稳定极限承载力分析2006
本文以三汊矶湘江大桥自锚式悬索桥主梁钢箱梁人行桥面板为研究背景,以开口加劲肋板为研究对象,研究不同参数对开口加劲肋板弹性屈曲荷载的影响,并考虑几何和材料非线性的影响,分析了不同残余应力、不同初始缺陷以及不同宽厚比等因素下的开口加劲肋板的稳定极限承载力.
2.学位论文宋恒扬三汊矶湘江大桥钢箱梁加劲板件局部稳定分析研究 2007
本文以长沙市三汊矶湘江大桥自锚式悬索桥为工程背景对钢箱梁加劲板件的稳定问题进行了研究。

主要做了以下工作:
一、通过对长薄板的线弹性屈曲分析,提出了适合于普通腹板有限元分析的合理边界条件,得到了六种弹性约束长板在不同纵向压力梯度下线弹性屈曲应力简化计算的板因数k值。

二、分别采用我国《钢结构设计规范》、英国BS5400规范和日本规范对三汊矶湘江大桥钢箱梁各加劲板件的稳定性进行了计算,并对各国规范关于加劲板的规定进行了简要评述。

三、通过对三汊矶湘江大桥钢箱梁开口加劲肋腹板和闭口加劲肋腹板的屈曲计算,得到了两种方案的加劲梁腹板在不同纵向压力梯度和压剪共同作用下的线弹性屈曲荷载。

四、考虑材料非线性、几何非线性和初始几何缺陷,对三汊矶湘江大桥钢箱梁开口加劲肋腹板和闭口加劲肋腹板在不同纵向压力梯度和压剪共同作用下的极限承载力进行了计算和对比分析。

五、计算了三汊矶湘江大桥钢箱梁顶板在压弯作用下的线弹性屈曲荷载和极限承载力,分析了不同位置车轮荷载对顶板线弹性屈曲荷载和极限承载力的影响。

3.期刊论文宋恒扬 . SONG Heng-yang开口加劲肋板稳定极限承载力分析 -山西建筑 2007,33(15
以三汊矶湘江大桥自锚式悬索桥主梁钢箱梁人行桥面板为研究背景,以开口加劲肋板为研究对象,研究不同参数对开口加劲肋板弹性屈曲荷载的影响 ,并考虑几何和材料非线性的影响,分析了不同残余应力、不同初始缺陷和不同宽厚比等因素下的开口加劲肋板的稳定极限承载力.
4.期刊论文姚波 . 张磊 . 程刚 . YAO Bo. ZHANG Ki. CHENG Gang开口加劲肋正交异性钢桥面铺装力学行为特性研究 -公路交通科技 2008,25(12
为了研究开口加劲肋正交异性钢桥面铺装的力学行为特性,通过建立钢箱梁和铺装整体三维有限元模型,分析了荷载作用下铺装层最大拉应力、铺装与钢板层间最大剪应力等技术指标的变化及分布规律.得到如下结论:拉应力是导致铺装出现开裂破坏的主要原因,疲劳裂缝应沿桥梁的纵向;当以拉应力作为控制指标时,钢桥面铺装在距离横隔板0.4 m范围内受力最为不利;开口加劲肋正交异性钢桥面铺装应变水平远大于一般沥青路面;铺装对车辆荷载的应力应变响应具有很强的局部效应;铺装与钢板层间剪应力较大,在铺装结构设计时应注意选择具有较强抗剪强度的粘结材料.
5.学位论文李立峰正交异性钢箱梁局部稳定分析理论及模型试验研究 2005
本文在总结中外学者研究成果和外国设计规范的基础上,结合我国大跨度正交异性钢箱梁的工程实践,系统地研究了正交异性钢箱梁结构的局部稳定问题,主要做了以下工作:
(1研究了正交异性钢箱梁在桥梁工程结构中的发展历史、应用现状、以及存在的关键技术问题,阐述了密索体系斜拉桥和自锚式悬索桥的发展使钢箱梁的局部稳定问题更加突出的原因;
(2研究了四边简支板的屈曲临界应力的理论解和各国规范对板局部稳定的规定;然后推导了加劲板的屈曲临界应力的理论解,分析了各种国内、外规范对加劲板的计算方法、并对它们的理论背景和适用范围进行了对比研究;研究了开口、闭口加劲板的弹性屈曲特性,并对一些主要影响其屈曲应力的参数进行了分析;提出了加劲肋的合理构造,推导了纵向加劲肋、横隔板的所需刚度的计算公式;
(3首次提出并建立了考虑钢桥面板第二体系应力约束时的钢桥面板的稳定优化分析模型。

针对目前钢桥面铺装容易受损、开裂的现状,基于格子梁法推导了分析钢桥面板第二体系应力的刚度计算公式,以计入结构重量和焊缝体积的结构造价为目标函数,以桥面板的局部刚度(限制第二体系应力的大小、防止钢桥面板的破坏和稳定容许应力为约束条件,采用可行方向法进行优化迭代,编制了计算程序;得到一些十分有意义的结论,可用于指导钢箱梁的设计;
(4提出了全面考虑材料、几何双重非线性以及计入初始几何缺陷、残余应力的加劲板稳定承载力的计算方法。

分析理论可直接用于指导承压加劲板的设计。

(5应用梁柱理论,推导了加劲肋的M N φ ? ?之间的计算公式,并采用递推的方法推导了考虑初始缺陷、残余应力的加劲板承载能力简化计算方法,编制了计算程序,并与通用程序计算进行了对比,两者吻合较好。

在此基础上,进行一批共6 块加劲板的稳定承载力的模型试验,得到了板件破坏时的极限荷载大小,同时对试验结果与理论计算结果进行了比较,吻合较好。

(6在此基础上,以三汊矶大桥为工程背景,介绍两个不同结构布置的1:5典型节段钢箱梁模型试验,其中模型1 的腹板采用开口加劲肋,承载力分析结果表明模型由于腹板的局部失稳而破坏;模型2 的腹板采用U 形闭口加劲肋,模型由于材料屈服而破坏,采用非线性有限元法得到了结构的荷载 -位移曲线,详细的理论分析验证了试验结果。

试验结果对钢箱梁的设计有很大的参考意义。

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