第一体系——作为箱梁的顶板、承受箱梁整体纵向弯曲:按闭口薄壁杆件分析其应力;, q/ ~3 c) L; E" Q& X' U7 Y8 v
第二体系——作为肋板结构、承受箱梁横向弯曲:按弹性薄板分析其应力; & r( d7 c' P* p: w$ m) B- q7 |第三体系——作为桥面板、承受车轮荷载:按弹性支承的连续板计算。& A. J' Q6 l S, O
一般按PE公式将其等效为板计算。
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钢桥桥跨结构一般由主要承重结构、桥面系、联结系和支座四部分组成,无论哪种桥梁体系都需要有一个直接承受车辆荷载的桥面系,通过它把荷载传入主要承重结构中去,最后通过支座把荷载传递给下部结构。钢桥面板不仅作为桥面系直接承受车轮荷载作用,而且还作为主梁的一部分与主梁共同受力,因此其力学行为十分复杂。正交异性钢桥面板以重量轻、节省钢材、承载能力高等优点在世界各国桥梁尤其是大跨度桥梁中得到广泛的应用。$ b8 ^ |+ D6 [. y, F9 B! w 正交异性钢桥面板的力学特性. C0 S" V! G" b+ e; j( N
正交异性钢桥面板是用纵横向互相垂直的加劲肋(纵肋和横肋)连同桥面盖板所组成的、共同承受车轮荷载的桥面结构,这种结构由于其刚度在互相垂直的两个方向上有所不同,因而造成构造上的各项异性。正交异性钢桥面板除作为桥面外,还是主梁截面的组成部分,它既是纵横肋的上翼缘,又是主梁的上翼缘。为了方便分析,传统的方法按三个基本结构体系对其加以研究。 + K! H. {5 m8 D: K/ ?8 L0 v/ h(1)第一结构系(主梁体系):由顶板和纵肋组成的结构系组成主梁的上翼缘,是主梁的一个组成部分,参与主梁共同受力,结构计算以主梁为研究对象,钢桥面板的内力计算与一般梁桥结构的内力计算相同。 9 p+ J4 `& [2 J* E+ |! v" P( @; T(2)第二结构系(桥面体系):由纵肋、横肋和顶板组成的结构系,顶板被看成纵肋、横肋上翼缘的一部分,起到桥面系结构的作用,承受桥面上的荷载,把桥面上的荷载传递到主梁和刚度较大的横梁。当荷载作用在横肋之间时,荷载的传递途径为:桥面铺装→盖板→纵肋→横肋→主梁腹板;当荷载直接作用在横肋上时,荷载的传递途径为:桥面铺装→盖板→横肋→主梁腹板。因此,纵肋可以看做弹性支撑于横肋,横肋由主梁腹板支撑。 + E+ B0 b7 o) k. @# L" b3 t(3)第三结构系(盖板体系):把设置在肋上的顶板看成是各向同性的连续板,就是直接承受轮重并将轮重传递到加劲肋上的顶板。当顶板上的轮重逐渐加大时,顶板的弯曲应力便逐步地进入薄膜应力状态,平板的承载力变得比用一次弯曲理论求出的计算值大得多,这个问题已被实验证实,所以,在钢桥面板静力强度计算中,第三结构系的应力可以忽略不计。 - i, H* j8 g# k R4 {正交异性钢桥面板的计算方法$ \+ X/ m* m5 h- ^2 j8 I7 S
正交异性钢桥面板的计算方法可以分为两类。一类是将桥面和主梁共同作为一个整体计算,同时考虑第一结构系(主梁体系)的整体受力和第二结构系(桥面体系)的局部受力的耦合关系,称为整体计算法;另一类是将钢桥面板的受力按第一结构系(主梁体系)和第二结构系(桥面体系)分别计算,然后叠加,称为叠加计算法。 1 S y) \0 _1 w, l$ i1整体计算法# |3 u$ v- N. d* q8 ?( F1 t
整体计算法是伴随着计算机技术的发展而发展起来的,该方法将梁体结构按薄壳考虑,荷载按实际作用面积大小直接施加于薄壳上,同时考虑整体受力与局部受力的耦合关系。该方法的优点是比较接近于结构的实际受力情况,缺点是计算复杂,一般将钢结构的各板件用空间薄壳有限单元模拟,对于桥宽大、结构复杂的大跨度桥梁需要大量的计算时间和计算机内存。 3 u |6 T* [2 ]) w: J- L4 r2叠加计算法 4 {- E+ r! ]% j5 X! Z1 C, W叠加计算法是最为传统的计算方法,由于各体系分别计算,难以确定钢桥面板整体和局部同时出现最不利应力状态的荷载工况,通常各个体系分别按最不利工况计算,然后叠加,因此,计算结果与实际相比偏大。 " e+ {( }/ l! P. i+ z对于第一结构系(主梁体系)仍是按弹性工作的极限状态(边缘纤维最大应力达到屈服点)进行设计,计算得到桥面板的最不利应力状态。 * \% y+ g. B' f. H9 @对于第二结构系(桥面体系),正交异性钢桥面板结构作为弹性支承连续正交异性板的分析已有多种解法,其中解析法是一种较为成熟的经典计算方法,并以Pelikan-Esslinger法最为著名。此法是将纵肋平均分摊到盖板上,而将横肋作为刚性支承,求解后再将横肋的弹性支承计入。P-E 法由于通过图表等采用手工计算可以完成,在计算机还不发达的年代得到了最为广泛的应用,但是,P-E法计算繁杂,仅适用于等间距布置的等刚度的纵横肋加劲钢桥面板计算,对于间距较大的横肋计算误差大,而对于悬臂板没有相应的图表,计算极其困难。随着计算机技术的发展,正交异性板的求解已经有了许多新的数值方法,其中格子梁法最为有效,一般的商业通用程序都具有相应的计算功能。格子梁法将横肋和纵肋简化为支撑于主梁腹板和横梁的梁格,考虑纵横肋处顶板剪力滞影响,将顶板切开时,纵横肋的顶板计算宽度通常采用有效分布宽度的方法计算。格子梁法可以比较准确地反映出正交异性钢桥面板的受力特点,即具有足够的精度又具有较高的效率。 ) E* H' |7 q! ^, l, u对于第三结构系(盖板体系)由于薄膜应力效应,在钢桥面板设计时应力可以忽略不计。 6 t9 o9 [3 }. d% D/ {- u以上节选自
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