钢桥面板计算中的第一、二、三体系应力指的是什么

大师们，愚昧的问问钢桥面板计算中的第一、二、三体系应力具体是个什么概念呢？   

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；
: i8 ]4 d4 i% |! F% l0 a- n' s: E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；
& b+ d, I4 e' @, {  g' v; u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。
6 @: t  k9 W' }4 }( O! p一般按PE公式将其等效为板计算。

/ c0 Z/ V+ V0 ?8 t# R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。
; c% X& A( e+ R0 n& B/ Q$ k) h1 [正交异性钢桥面板的力学特性
+ Y2 i: R0 a5 z7 S2 \( q% \3 A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。
( c/ P0 P& j/ Y（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。
6 p8 ~( Y* o+ O（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。
（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。
正交异性钢桥面板的计算方法
# @8 r. P# a8 Y+ w$ `" H. j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整体计算法
$ u- F: p1 N5 C& B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。
( J9 @2 p* }1 ]' N6 W, d2叠加计算法
$ ~$ {5 ]/ O6 `: ~5 t4 e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。
  ?2 F( N1 @: y0 t( [& N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。
# {' E% c0 n1 R- M' K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。
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。
以上节选自 正交异性钢桥面板的计算分析.pdf (215.84 KB, 下载次数: 311)

2017-11-23 16:10 上传

点击文件名下载附件

6 w% n" K) Q7 ^, U, t# K
对于叠加计算法，现代钢桥一书中说明便于大家理解：
* F3 [( s/ ~3 m( c/ m4 n; f, l7 `

三个结构系分别计算然后叠加的方法是最为传统的计算方法，由各个体系分别计算，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，计算结果与实际情况有一定的出入。
考虑到计算误差和桥面板复杂应力工作状态的影响，美国的AASHTO和日本的《道路桥示方书》等，对于钢桥面板的主梁与桥面两个计算体系的叠加应力验算，采用提高容许应力的方法进行修正。美国AASHTO规定纵肋容许应力提高25，日本的《道路桥示方书》提高约40。

$ O( E4 O- D/ Y. h( G, {) f

( j" J1 _, d: T/ o         

参阅《桥梁工程师设计手册》的详细解说_
$ q% ?  }4 C+ C

   

为了方便设计根据结构的变形将其受力划分为以下三个体系：
& z. w: G, @- r* S; l. \    (1) 第一体系：结构总体体系
    (2) 第二体系：桥面体系。（车轮作用下，横隔板作为支撑，局部顶板应力）
" g0 `% `0 y' [2 B8 v# Q    (3) 第三体系：支承在纵向加劲肋腹板之间的桥面板的变形。（车轮作用下，顶板U肋横向应力）
实际上这三个体系是共同作用的，此处为了便于理解，分为三个体系。
) w1 M* n$ v% [

这么分也有当时计算能力不行的缘故

参考吴冲 <现代钢桥>
4 F2 Z3 j, A$ g7 g' D/ @% v

钢桥面板不仅作为桥面系直接承受车轮荷载作用，而且还作为主梁一部分参与主梁共同受力，其力学行为十分复杂。为了便于分析，下面按三个基本结构体系对钢桥面板加以分析。

• 结构系Ⅰ：由顶板和纵肋组成的结构系看成是主梁（桥梁三要承载构件）的一个组成部分，参与主梁共同受力，称为主梁体系。
• 结构系Ⅱ：由纵肋、横肋和顶板组成的结构系，顶板被看成纵肋、横肋上翼緣的一部分。结构系Ⅱ起到了桥面系结构的作用，把桥面系的荷载传递到梁和刚度较大的横梁，称为桥面体系。
• 结构系Ⅲ：本结构系把设置在肋上的顶板看成是各向同性的连续板，这个板直接承受作用于肋间的轮荷载，同时把轮荷载传递到肋上，称为盖板体系。
  ( u$ r" L2 }2 r

在荷载作用下，钢桥面板任何一点的内力可由上述三个基本结构系的内力适当叠加而近似地求出。下面来分析以上三个结构系中桥面板的力学特性。
7 g6 X. z8 V: Y6 O) p

• 在结构系Ⅰ中的钢桥面板，通过顶板与腹板的连接，使桥面板成为主梁的一部分而共同工作。如果把参与主梁共同工作的有效宽范围内的加劲板看作主梁截面中的一部分，钢桥面板的内力计算与一般梁桥结构的内力计算相同，可利用影响线求出。因而，结构系Ⅰ中要解决的仅仅是钢桥面板有效宽度如何确定的问题。
• 结构系Ⅲ指的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论求出的计算值大得多，这个问题已被实验所证实。所以，在钢桥面板静力强度计算中，结构系Ⅲ的应力可以忽略不计。但是结构系Ⅲ的活载应力对加劲肋与顶板焊缝处的疲劳极为不利，在设计中必须验算它们的疲劳寿命。
• 对于结构系Ⅱ，钢面板可以看成为支承于主梁和横梁上的桥面系结构，它把桥面板自重和桥面板上的外力传递到主梁和横梁。结构系Ⅱ即桥面系结构的计算方法将在后面进行说明。
  $ i' _5 b2 G0 e6 a% D

此外，桥面板承受很大的活载作用．桥面板的设计必须考虑疲劳强度问题，这方面将在其他章节中详细叙述。

& a" @& z; w9 I0 k