钢桥面防滑耐磨新结构分析

钢桥面防滑耐磨新结构分析

王建平 刘亚文

(解放军理工大学工程兵工程学院 南京 210007)

摘 要 提出局部冲击荷载作用下的桥面板的弹塑性变形是影响桥面防滑性能重要因素的观点,在此基础上设计了压筋橡胶条形式的桥面防滑结构形式,运用板壳理论和非线性有限元方法,分析改进形式钢质桥面结构的弹塑性变形,证明了改进形式的有效性和合理性。

关键词 钢质桥面结构 压筋橡胶条 非线性分析 防滑耐磨

ANALYSIS OF NEW STRUCTURE FOR THE ANTISKID AND WEAR RESISTANT

OF STEEL BRIDGE DECK

Wang Jianping L iu Yaw en

(Eng ineer ing Institute of Engineer ing Cor ps,PL A U niv.of Sci.&T ech Nanjing 210007)

ABSTRAC T T he standpoint that elastic plastic defor mation o f pontoon br idg e deck o n par t impact load is one important r easo n inf luencing t he w ear r esist ant pro per ties is pr oposed,based o n t his,the str ucture of r ubber str ip wit h pressed steel bar s fo rm was desig ned.U sing plate shell theor y and no nlinear finite element method,the elast ic plast ic defo rmatio n of the impro vement structure is ana lyzed and the rationalit y and va lidity is pr ov ed.the calculatio n method of fr ictio n is a lso present.

KEY WORDS steel br idge deck structure rubber strip w ith pressed steel bar s form nonlinear analysis antiskid and w ear-r esistant

第一作者:王建平 男 1961年12月出生 教授 博士生导师Email:w jps jrw j@.收稿日期:2006-12-12

1 前 言

桥面防滑耐磨问题一直是道路桥梁等相关交通领域的重要课题之一,作为制式桥梁和舟桥器材也不例外,为了保证车辆通行的安全性,要求桥面甲板具有一定的附着系数,另外由于桥面板为几毫米厚的薄壳结构,必须同时满足一定的强度和刚度要求。我军制式的渡河桥梁器材,桥面结构分为木质、钢质和钢木混合三种,作为目前主要装备的某带式舟桥就是采用钢质桥面。

钢质桥面代替早先的木质或钢木混合桥面使用,具有质量轻、强度高的特点。桥面普遍采用了焊接钢质防护板条和防滑条来达到防滑耐磨的

目的

图1 带式舟桥的桥面

(图1)。由于桥面是由纵横梁支撑的厚度为3mm 的薄板形式,在重荷载作用下横向刚度受影响比较大。如当轴压力为100kN(LT -15)的轮式荷载通行时,考虑冲击系数k =4,最不利位置的横向变形将达到1 3cm 以上。这种薄壳形式的桥面板在局部荷载的冲击作用下发生的肋骨突出而面板凹陷的现象俗称 瘦马 现象,桥面的这种形式的变形将使布置其上的防滑条难以起到预期的效果甚至失效。为了确保其防滑和防护作用,通常都是将防护板条布置于桥面的纵横肋骨位置上,呈 W 型布置于板格中部的防滑条,通载若干次数后,由于桥面外观上产生严重的 瘦马 现象,使得实际上起到防滑作用的部分将仅限于若干点状小面积,因此大大降低了其防滑作用,且容易损坏。这种由于桥面的弹塑性变形而导致防滑性能降低的现象在其他防滑形式的桥面也是非常普遍的,即由于舟桥桥面纵横肋骨支承的薄板结构决定了桥面的 瘦马 现象,因而也影响到了其防滑性能。

王建平,等:钢桥面防滑耐磨新结构分析

2 桥面结构形式的改进

2 1 改进依据与方案

1)改进的依据

在钢质舟体结构中,通常在舷板、底板或端板上采用压筋结构以增强薄壳板的刚度,并代替附连于板上的肋材使用,但用于车行道的甲板面上压筋还未见到。如果在舟体甲板面上也采用压筋,则同舟体其它位置的压筋类似,可以有效增加桥面板的刚度。

2)改进的方案

整体设计:在舟体甲板板架的每个板格中央压制沿桥轴线方向的压筋,压筋在方舟上的布置见图2。制作与压筋形状相同的橡胶防滑条,其表面高于四周的防护板条3~5㎜,具体数值应根据所采用橡胶的弹性模量、承载的分配系数决定。另外用高粘

图2 压筋结构局部桥面度的胶粘剂和固定螺栓固定橡胶防滑条,其具体结构见图3。

1-纵横梁;2-甲板3;3-横向防护板条6!12;

4-压筋690;5-纵向防护板条6!12

图3 橡胶条结合压筋槽细部设计

根据国家军用标准GJB1162-91的有关军用桥梁设计准则,并考虑到某带式舟桥装备板格的原始结构尺寸,我们选用间距为320mm,长度为690 m m的压筋。舟体承载薄板的厚度为3mm,依据规范,压筋的横截面计算简图如图4所示,基本参数见表1

。

图4 压筋横截面计算简图

表1 压筋横截面几何参数

横截面高度h/m m板厚t/mm横截面积/cm2截面抵抗矩/cm3惯性矩/cm4 2533 843 61 95

在改进设计中,嵌固在压筋槽内的橡胶条可以与履带凸肋形成刚柔摩擦,改善了防滑性能,并且缓冲了动荷载的冲击作用;防滑条的嵌固式设计还可有效提高其与桥面的结合强度。橡胶条的材料从耐磨、耐冲击和耐久性能综合考虑,采用天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶并用技术。

2 2 压筋结构的有限元分析

压筋橡胶条结构的结构计算简图如图5所示,计算荷载为LT-15轮式荷载,轴压力为100kN。图中作用区域的荷载集度为0 49M Pa。

压筋结构的计算采用梁板结构自然离散的方法进行[1],即对于板的部分仍然取板单元进行离散,压筋部分则取梁单元进行离散。计算中,忽略螺钉对桥面板局部强度的影响。

某带式舟桥的桥面结构902钢材(15M nTi),由于是薄板在局部荷载冲击作用下的弹塑性分析,应该考虑到材料非线性,又根据初步估算[2],

板格的中

图5 计算简图

央挠度和桥面板的厚度属于同一个数量级,所以同时又是大挠度的几何非线性分析,即该问题是双重非线性的,采用ANSYS软件进行分析计算。表2为压筋结构与原有结构在考虑冲击系数时的荷载作用下承载能力的分析。

由以上结果可以看出,压筋形式的设计显著地增加了桥面结构在局部荷载冲击作用下的抗变形能力,其横向最大位移比较原有结构减小了约3m m,

工程设计