波纹钢腹板文献汇总

波纹钢腹板文献汇总

1.概述

通过查阅了相关的技术和文献资料，包括学位论文、期刊学术论文等，主要从以下几个方面汇总波纹钢腹板的相关特点，为有限元建模提供支持。

1）波纹钢腹板的基本受力特性简介

2）波纹钢腹板各向刚度折减理论方法

3）既往的有限元建模思路和方法

最后根据上述三个方面的内容，结合空间网格模型，对模型的建立和刚度的修正提供支持。

结构体系及布置

2.汇总内容

2.1.波纹钢腹板的基本受力特性简介

随着桥梁建造技术和材料工艺的发展，桥梁结构向着轻型化、复杂化和大跨径方向发展。在传统的预应力混凝土桥梁结构的基础上，为了进一步的提高材料的使用效率，采用带加劲肋的平面钢板代替传统的混凝土腹板。减少了工程量和工程造价，但是由于带加劲肋的平面钢腹板轴向刚度较大，采用平面钢腹板引起了如下三个方面的影响：1）限制了混凝土顶底板的收缩徐变效应，导致了混凝土翼缘板和钢腹板之间的应力重分布；2）降低了预应力效应：多达20%-25%的预应力，由腹板消耗；3）经济效果不显著：为了防止钢腹板在轴向压力下发生屈曲，需要增设加劲肋。为了解决上述问题，通过采用波纹钢腹板来代替带加劲肋的平面钢腹板，来改善上述问题。

波纹钢腹板组合桥，采用波纹钢腹板代替传统的混凝土腹板及平钢腹板，与上述两者相比较，具有明显的优点：与平面钢腹板相比，避免了加劲肋的构造，减轻了自重，降低了建造成本；在轴向力作用下，纵向呈褶皱形状的波纹钢腹板，能自由伸缩，解除了对顶底板的约束，使得混凝土的收缩徐变，以及翼缘板预应力都不会受到腹板的限制，不会发生转移和应力的重分布。从而有效的提高了预应力效率；波纹钢腹板具有较高的抗剪切屈曲强度，无需增设加劲肋，提高了经济效益。

根据所查阅的资料总结，从结构的受力角度来看，波纹钢腹板具有以下的几个特点：

首先，抗弯效应方面，由于纵向褶皱构造的特点，波纹钢腹板在弯矩及轴力的作用下，纵向可以自由伸缩。模型试验表明，波纹钢腹板受弯时，正应力及对应的正应变都很小，基本可以忽略其抗弯能力。在此基础上，波纹钢腹板组合桥的上下混凝土应变符合现行分布规律，称之为波纹钢腹板组合桥的弯曲“拟平截面假定”。

图表1应力分布

图表2应变拟平截面假定

其次，对于抗剪效应方面，相关试验及有限元分析都可以看出，混凝土顶底板承担了很小的剪力，剪力几乎全部由波纹钢腹板所承担。且剪应力沿波纹板高度方向均匀分布，应力状态接近纯剪。

对于扭转变形来说，相比于混凝土腹板箱梁来说，波纹钢腹板抗扭刚度偏低，需要适当添加横隔板。偏载作用下，波纹钢腹板承担的正应力依然很小，波纹钢腹板的纵向抗弯刚度小，畸变翘曲刚度低，截面的畸变变形几乎全由上下混凝土板来协调。

图表3偏心荷载下，钢腹板纵向应力

对于挠度的计算，不仅需要考虑弯矩变形效应，还要考虑到波纹钢腹板剪切变形的影响。有限元分析中需要计入腹板剪切变形的影响。

2.2.波纹钢腹板各向刚度折减理论方法

2.2.1.纵向有效弹性模量Ex：

将波纹钢腹板等效为等高度的平面钢腹板，采用两者轴力作用下，轴向变形相同的条件。

根据资料显示，波纹钢腹板轴向有效弹性模量Ex一般为普通钢板弹性模量E0的几百分之一甚至几千分之一，可见波纹钢腹板的轴向刚度非常小，基本不承受弯矩和轴力。

2.2.2.剪切模量G：

对于剪切刚度的折减，不同国家、机构及文献提出了各自的折减公式和方法。依据简化方法进行计算时，仅考虑波纹钢腹板的抗剪作用，忽略混凝土顶底板的剪切刚度。波纹钢腹板采用弯起腹板来代替加劲肋，计算时可以仅仅考虑腹板的

剪切刚度，其剪切刚度略小于平面钢腹板的剪切刚度。可以用如下的简化公式计算：

图表4波纹腹板几何参数示意图

2.3.既往的有限元建模思路和方法

查阅既有的有限元建模及分析方法，分析方法主要包括两类：一类是修正各项刚度的单梁分析方法；另一类利用实体单元的方法来进行模拟，包括板壳单元，实体单元等方法。

通过修正各项刚度的单梁模型分析中，所采用的修正刚度如下：计算抗弯刚度时，忽略钢腹板的影响；计算抗扭刚度时，将波纹钢腹板假定为平面钢腹板；计算箱梁截面抗剪面积时，只考虑钢腹板的作用。

实体单元方法建模时，基本是采用大型有限元软件进行分析，包括ansys、abaqus等软件。通过总结发现，文献模拟时，对于混凝土顶底板来说，模拟时可以采用板壳单元或者实体单元来模拟。对于波纹钢腹板来说，都是采用板壳单元来进行模拟的。波纹钢腹板与混凝土顶底板的连接采用公用节点的方式。其余如预应力钢束等，可以通过杆单元来模拟，钢束单元节点可以采用耦合的方式与其

余部分结合。

3.模型建立支持

空间网格模型建立时，混凝土顶底板正常离散，刚度采用截面对应的刚度，不进行修正。波纹钢腹板等效为等高度的平面钢腹板。波纹钢腹板纵向单元需要进行修正，此时可以通过修改纵向有效弹性模量的方式，不计钢腹板的抗弯作用和承担轴力的作用。单元抗剪模量也进行相应的修正。模量的修正都可以通过修改材料特性的方式完成。

为了模拟“拟平截面假定”的特性，可以采用修改波纹钢腹板竖向单元刚度的方式，采用较大抗弯刚度的竖向单元来模拟。