宽幅钢箱梁支点横梁计算方法研究(上传文库)

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果吻合。由此可见， 在进行钢箱梁横梁计算时，公式法仍然适用；只不过在参数取值时应将支座横隔板（图 5 中横隔板 1、2、3、4）而不是所有横隔板作为腹板去确定腹板间距 2b ，采用横向支撑体系确定换算跨径 l 。 以下将应用上文确定的有效宽度采用杆系模型进一步阐述钢箱梁支点横梁的简化计算方法,见图 5、图 6。
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下是由多种荷载共同作用，在此采用恒载+活载的荷载组合 确定横梁顶底板的有效宽度为 C 3.9m 。由公 式 （2） 或公式 （3） 计算有效宽度时， 在支点横隔板 2～3 及 4～5 之间 （见图 5） ，2b 5 2 8 . m ，l 2 11 22m ，
b m ；在支点横隔板 3 ～ 4 之间， 2b 1.0m ， l 2 11 22m ， 0.65m 0.3 ，取 C 0.15l 0.15 22 3.3 l b 0.023m 0.05 ，取 C b 0.5m ；则公式法计算的总有效宽度 C 3.3 0.5 3.8m ，与有限元法计算的结 l
C

0
b
x
Fra Baidu bibliotek
dy
（1）
max
计算有效分布宽度，用有效宽度代替顶底板或翼缘板的实际宽度，可以把肋板式结构简化为由单个或多个梁 肋和具有相应有效分布宽度代替顶底板的实际宽度组成的杆系结构来计算。 在对钢箱梁进行纵向结构体系计算时，需要确定断面顶底板有效宽度，计算此有效宽度已有较成熟的计 [2] 算公式 ： 跨中断面： CL b
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图 3 钢箱梁 A-A 剖面顶底板应力图（单位：MPa） [1] 由于剪力滞的影响，钢箱梁在荷载作用下顶底板应力不是均匀分布 ，腹板附近应力比其他地方大。由 上图可知，在中横梁和端横梁处应力出现峰值并向跨中递减。值得注意的是：在支点横隔板以外的隔板处顶 底板并没有出现明显的应力峰值，说明除去支点横隔板外其他横隔板对支点顶底板应力最大值并没有明显的 减小作用。为简化钢箱梁的横向计算，下面需要确定杆系模型计算横梁时的有效截面。 2 钢箱梁横梁顶底板有效宽度 在工程设计中为简化计算，通常假设顶底板应力按最大应力均匀分布，并且按力的等效原则，由公式：
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做对比分析，提出在用公式法计算宽幅钢箱梁横梁有效宽度时，应将支座横隔板而不是所有横隔板作为腹板 去确定腹板间距 2b ，采用横向支撑体系（图 1）去确定换算跨径 l ，进一步将公式法的应用拓展到钢箱梁的横 向计算；比较简化计算方法与板单元精确计算方法的结果，得出简化计算方法由于采用了腹板剪力等分的原 则，计算结果稍有偏大，若以此指导工程设计稍偏保守但仍然具有较好的经济性。
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图 1 钢箱梁横断面图及横向支座布置(单位：mm) 使用有有限元程序建立全桥板单元模型，采用 4 节点板单元，荷载为自重、二期恒载和车道荷载。
图 2 钢箱梁内横隔板及腹板构造图 在对钢箱梁进行横向分析时，车道荷载的应力取横梁支座顶出现最大拉应力时的车道荷载布置，支点沿 纵桥向剖面 A-A 处顶底板应力，见图 3。
b CL 1.1 2( ) b l CL 0.15l b ( 0.05) l b (0.05 0.3) l b ( 0.3) l b ( 0.02) l b (0.02 0.3) l b ( 0.3) l
（2）
支点断面： Cs b
宽幅钢箱梁支点横梁计算方法研究
摘 要 以钢箱梁支点横梁作为研究对象，采用有限元法探讨支点处顶底板横向有效宽度的计算方法，并应用于钢箱梁横梁的 钢箱梁 宽腹钢箱梁 有效宽度 剪力滞 支点横梁
简化杆系模型。将板单元模型和杆系模型两种计算结果进行对比，提出宽幅钢箱梁支点横梁合理的简化计算方法。 关键词
Study on Calculation Method of the Fulcrum Beam of Wide Width Steel Box Girder Abstract：This paper studies the calculation method of the fulcrum beam of the steel box girder. FEA method is utilized to discuss the calculation method of the transverse effective width of the top and bottom flanges at the pivot. Then, this method is utilized to the simplified frame model of the crossbeam of the steel box girder. Compared with the results of the plate element model and frame model, the reasonable and simplified calculation method of the fulcrum beam of the wide-width steel box girder is proposed. Key words：steel box-girder; wide width steel box girder; effective width; shear lag; fulcrum beam 近年来随着我国城市化进程的加快，城市交通系统的建设需求也日益提高，城市高架桥作为交通系统中 跨越障碍的主要建筑物，钢箱梁具有施工快捷方便，对城市交通影响较小的特点，在市政工程中大量作为跨 越道路交叉口的桥梁形式，宽幅箱梁具有整体性好、外形美观、行车舒适等优点在城市桥梁中占据主流地位。 不同于墩台盖梁，连续箱梁内横梁与箱梁是一个整体，而且对钢箱梁这种以薄钢板为结构构件，其支点横梁 受力体系更加模糊，如果用类似于计算混凝土箱梁横梁的杆系计算方法，其有两个显著特点：横梁计算截面 不明确；横梁荷载作用方式不明确。本文结合某高架桥标准跨 2×30 m，桥宽 28 m 的一联钢箱梁的支点横梁 计算方法作一些研究 1 钢箱梁板单元模型分析 武汉某环线上跨道路平交口钢箱梁跨径组合 30 m+30 m，梁高 1.5 m，各墩顶设置 2 个支座，支座间距 6 m， 桥宽 28 m，支点处设置两片横隔板，板厚 30 mm，采用 Q345 钢材，顶底板厚度 18 mm,见图 1、图 2。
图 5 钢箱梁 A-A 剖面图(单位：m)
图 6 钢箱梁 A-A 剖面中支点横梁处顶底板有效宽度(单位：m) 杆系模型简化计算方法 根据以上支点横梁有效宽度计算结果，取中支点横梁顶底板有效宽度 2C 7.6m 。横梁腹板取直接支撑于 支座正上方的两片横隔板，确定中支点横梁的有效截面及计算模型见图 7。 3
参考文献 [1] 吴 [2] 吴 冲,董 冰,陈以一.现代美国钢结构设计手册[M].北京:同济大学出版社,2012. 冲,张士中.现代钢桥[M].北京:人民交通出版社,2012.
[3] JTGD60—2004 公路桥涵设计通用规范[S].北京:人民交通出版社,2004. [4] JTGD62—2004 公路钢筋混泥土及预应力混泥土桥涵设计规范[S].北京:人民交通出版社,2004. [5] JTGD64—2015 公路钢结构桥梁设计规范[S].北京:人民交通出版社,2004.
图 7 中支点横梁的杆系计算模型及截面(单位：m) 钢箱梁的竖向剪力绝大部分由腹板承受。钢箱梁恒载基本是沿钢箱梁平面均匀分布，因此在横梁简化计 算时可近似的认为各腹板处均相等的作用一集中力 G。 活载则为等效车辆荷载按影响线加载， 可由纵向杆系模 型计算求得。算例中 G=2 037 kN；活载车辆 2Q=536 kN；通过图 4 中横向模型计算，B-B 断面顶底板最大应力 为 113 MPa，略大于板单元计算的顶底板应力 101 MPa。通过查看板单元的支点腹板剪应力不难分析出杆系模 型计算结果偏大的原因：支点各腹板剪力并非相等，而是靠近支座处剪力比远离支座处腹板剪力大，这样在 总剪力（支座反力）相同的情况下，远离支座的边腹板分配较小的剪力。这里不对腹板剪力分配做深入分析， 而采用简单的腹板剪力均匀分配的方式，计算出顶底板应力偏大，但在工程设计上仍然有较大的参考意义。 4 结语 通过对实际工程钢箱梁的板单元计算分析，并结合现有理论，提出了钢箱梁支点横梁的有效宽度的计算方 法，为实际工程中宽幅钢箱梁的横梁简化计算提供依据；将有限元板单元计算结果与 [1]中公式法计算结果
b b 2 Cs 1.06 3.2( ) 4.5( ) b l l C 0.15 l s
（3）
式中: b 为腹板间距的一半或悬臂板宽度； l 为换算跨径，其他几何参数见图 4。
图 4 钢箱梁横断面顶板有效宽度示意图(单位：mm) 钢桥面板的有效宽度一般与支撑条件、跨度、荷载形式等多种因素相关，在进行钢箱梁横向结构体系分 析时， 为确定各支点横梁顶底板有效宽度， 此时的换算跨径 l 在横梁悬臂段应为 2 倍的悬臂长度， 腹板间距 2b 应近似为桥梁跨径，支点横梁横桥向可看成是两端带悬臂的简支结构体系。以中横梁为为研究对象（端横梁 可以类推） ，结合板单元有限元分析，采用公式（2） 、 （3）的方法确定中支点横梁处顶底板的有效宽度并将分 析结果与公式计算结果进行对比。运用公式（1）对中横梁前后一定范围内板单元应力进行积分，积分范围为 跨中应力反弯点 11.5 m 和 48.5 m 处，有效宽度内的应力取横梁处的顶底板应力峰值。 图 4 计算出恒载+活载作用下中支点横梁的顶底板有效宽度。 在各种不同荷载作用下支点横梁的有效宽度 各不相同，恒载为均布荷载构件受力较均匀，有效宽度较大；而活载采用车道荷载加载方式，由集中力和均 [3] 布力共同作用 ，产生的应力集中现象较为明显，因此横梁顶底板的有效宽度较小。由于钢箱梁在运营情况