《探究大悬臂弧形腹板钢箱梁剪力滞效应和偏载效应分析[上海公路]》由会员分享，可在线阅读，更多相关《探究大悬臂弧形腹板钢箱梁剪力滞效应和偏载效应分析[上海公路]（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 一s 大 悬臂弧 形腹板钢 箱梁剪 力滞效应 和偏 载 效应分 析 魏华 同济大学建筑设计研究 院 集团 有限公司 上海 2 0 0 0 9 2 摘 要 大悬臂弧形腹板 钢箱梁的空间受力特征非 常明显 在采用常规 的单梁杆系模 型进行箱梁纵 向受力 分析前 需要 正确把握结 构 的受力 特性 以萧山东人城 口环境综合整治工 程中主线高架 的某三跨连续 钢箱 梁为例 利用 AN S YS建立全桥 的三 维板壳模 型 分析 了钢 箱梁在典型荷载作用下 的剪力滞效 应和偏载效应 得到 了箱梁剪 力滞 系数沿 纵 横桥 向的分布 规律 和关键截 面的 活载偏 载 系数 为常规单梁模型 的计 算方法提
2、供 了可靠 的简化参 数 关键 词 大悬臂 弧形腹板 钢箱 梁 剪力滞 偏载效应 0 引 言 桥 梁景 观效 果是 当前 城 市桥 梁设 计 中一个 相 当重 要 的考 虑 因素 大 悬 臂 弧 形边 腹 板 箱 梁 以其 流 畅 的轮 廓线 通透的桥下视觉效果得到越来越多的应用 而 在 城市 立体 交叉 口处 钢 箱梁 由于其安 装迅 速 对 周 围 交 通环 境影 响小 等 特点 常受 到青 睐 城 市 高架 桥 中 的钢箱 梁 往往 具备 大悬 臂 薄壁 大宽 跨 比的特 点 空 间受力 特征 非 常 明显l 2 一 般结 构设 计 时 箱 梁 的纵 向受 力 分 析 常 采 用 单 梁
3、模型 通过引入剪力滞 系数和活载偏载系数来近似 考虑箱梁的剪力滞和偏载效应l 3 这两个系数的正确 取 值直 接 影 响着 结 构 设 计 为 此 本 文 以萧 山东 人 城 口环境综 合 整治 工 程 的高 架 桥 为 例 分 析 了大 悬 臂 弧 形边腹板连续钢箱梁在典型荷载作用下的剪力滞效应 和偏 载效应 得 到 了 剪 力 滞 系数 的分 布 规 律 和 控 制 截 面 的偏 载 系数 为一 般设 计 分 析 方 法 提 供 了可 靠 的 简 化 参数 也 为类 似工 程设计 提 供一 定 的参 考 1工 程背 景 萧山东人城 口环境综合整治工程中主线高架采用 的是大悬臂弧形边腹板混凝
4、土箱梁 其中高架跨越 o 3 省道采用了一联 同等结构外轮廓的钢箱 梁 该 联结构 跨 径布 置 3 5 m 5 0 m 3 5 m 钢箱 梁高 度 为 2 3 m 桥 面宽 度 为 2 5 m 含 防撞 墙 箱梁 底 宽为 9 r n 支 座 横 向间距 为 5 2 m 箱梁 两 侧 悬臂 长 度 为 7 8 5 m 箱 梁 截面形式为单箱 四室 中腹板 箱 梁中心线处 和 中边 收 稿 日期 2 0 1 2 0 5 2 2 腹 板 距箱 梁 中心线 4 2 5 m 处 于平 底 板范 围 内 短 边 腹板 距 离 箱 梁 中心 线 8 5 m 处 于 圆 弧 形 底 板 区 域 箱梁 挑臂
5、 端部 区段 为 了方便 顶板 加 劲肋 的焊 接 施 工 对 挑臂 端 部 的 3 8 5 m 范 围内 的底 板 进行 了镂 空 钢 箱 梁 采 用 正 交 异 性 板 桥 面 板 顶 板 厚 度 为 1 4 mm 底板 板厚 为 1 4 1 6 mm 顶 底板 纵 向加 劲肋 采 用 U 型 和 L型加 劲肋 纵肋 横 向 间距 为 3 6 0 mm 腹 板 板 厚 1 4 mm 在 受 压 区域 采 用 I 型加 劲 肋 箱 梁 横 隔 板 纵 向 间距为 1 5 r n 横 隔 板 分 为 刚 性 横 隔 板 和 柔 性 横 隔板 两 者在 纵 向交 替 设 置 箱 梁 边 跨设 置
6、 了 铁砂 混凝 土压 重 支 座全 部 采 用 抗 拔 型 支 座 箱 梁 典 型 横 断面 如 图 1 图 2所 示 一 r 7 5 o J 中心线 4 6 0 9 3 9 挈 4 3 2 5 6 3 6 o 0 3 6 x 6 O O 3 6 0 0 图 1 1 2钢箱梁刚性横 隔板 断面 图 单位 mm 图 2 1 2钢 箱 梁 柔 性 横 隔 板 断 面 图 单 位 mm N 3 2 0 1 2上冯 咯 4 9 s一 一s 2计 算模 型 分 析采 用 ANS YS通用 有 限元 软件 建立 了全桥 板 壳 模 型 单 元 类 型 为 S h e l l 6 3单 元 材 料 参 数
7、 按 照 规 范 4 取用 关 于边界 条件 为 了保证 连续 梁 支座 的转 动 功 能 模 型 中 只对 支 座 中 心 处 的单 个 节 点 进 行 约 束 计 算模 型如 图 3所示 a 全 桥 网 格 划 分 示 意 图 b 节 段 几 何 模 型 不 恿 图 图 3钢 箱 梁 有 限 元 计 算 模 型 图 3钢箱 梁 剪力滞 效应 下 面 给 出 在 恒 载 箱 梁 自重 铺 装 和 防 撞 墙 自 重 作用 下 典 型 箱 梁 横 断 面 的顶 底 板 剪 力 滞 分 布情 况 如如 图 4 图 6所 示 从 图 中 可 以看 出 中墩 顶 截 面 的剪 力 滞 效 最 为 明
8、 显 最 大 的 剪 力 滞 系 数 A为 2 2 9 边 跨 跨 中和 中跨 跨 中截 面 的相 对 较 为 平 缓 截 面 最 大 的剪 力 滞 系 数 为 1 3 6 中跨 跨 中 和 1 4 2 边跨 跨 中 而 中跨 1 4 L L 为 边 跨 跨 径 和 边 跨 3 4 1 L 为 边 跨 跨 径 截 面 都 出现 了 明 显 的 负 剪 力 效 应 尤 其 是 顶板 截 面 腹 板 处 最 小 的 负 剪 力 滞 系 数 为 0 1 钢 箱 梁典 型 截 面顶 底 板 具体 的剪力 滞 系 数 参 见 表 1 表 1 箱梁典型截面腹板处 或底板角部 剪力滞系数表 截面位置 边跨跨
9、中 边墩 3 4 L2 中墩顶 中跨 1 4 L l 中跨跨 中 顶 板 1 4 2 0 0 8 2 2 9 0 1 2 1 3 6 底 板 1 1 9 0 2 6 0 2 7 1 1 0 5 0上 么堍 N o 3 2 0 1 2 就 横截 面三 类 腹 板 而 言 中腹 板 和 边 中 腹板 都 呈 现 了较 为 明显 的剪 力滞 效 应 而 边 腹板 短 腹 板 的剪 力 滞效 应不 明显 此外 顶板 U 形 加劲 肋 对 局部 顶 板 剪力滞 系数存 在 较大影 响 图 4恒 载 作 用 下 中 墩 顶 截 面 顶 板 剪 力 滞 系 数 横 桥 向 分 布 图 r 1 1 L 一 i
10、 f 一 去 冀 i 图 5 恒载作用 下边 跨 3 4和 中跨 1 4截面 剪力 滞 系数 横 桥 向分 布 图 图 6恒载作用 下边跨 中和 中跨 中 截面剪 力滞 系数横桥 向分布 图 为 了更好 地 把 握箱 梁 剪 力 滞 效应 的分 布 规 律 下 面给 出各个腹 板处 顶底板 包 括底 板角 部 剪 力 滞 系数 在 纵桥 向 的分 布情 况 如 图 7 图 1 0所示 从 图 中不 难看 出 1 中腹板 顶底 板处 中边 腹板 顶底 板处 和 底板 角 部处 剪力 滞 系数在 纵桥 向 的变化趋 势相 同 剪 力滞 系 数 从 边墩 顶往 边 跨 跨 中逐 渐减 小 在 中墩
11、墩 顶 处 都 达 到 了最大值 底 板 在 中墩顶 处 的剪 力 滞 系 数 由 于支 座 集 中力影 响未 给 出 在 中跨 正 弯矩 区域变 化 幅度 不 大 在边跨和中跨反弯点处剪力滞系数 都趋向于c 3 在 中跨 1 4 L1 L 为 中跨 跨 径 和 边 跨 3 4 L L 为 边 跨跨 径 附近 的负 弯 矩 区域 都 出现 了明显 的 负剪 力 滞 效应 2 顶板 的剪力 滞 系数 普 遍 要 大 于 底 板 的剪 力 滞 系数 截 面的剪 力滞 系 数可按 照 顶板 的数 值取 用 3 边 腹 板处 顶 板 的 剪 力 滞 系数 沿 纵 桥 向变 化 一 顶板 底板 I I
12、F 哮 一 一s 幅度 不大 基 本维 持在 1 0左右 表 明边 腹板 处 顶板 的 剪力 滞效 应 不 明显 一 顶板 底板 J o o 2 墩顶 墩面 中 霹c 0 1 0 2 O 3 0 4 O 5 O 6 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 纵向距离 m 纵桥Ihq g g m 图 7 钢 箱梁 中腹 板顶 底 板处 的 剪力 滞 系数在 纵 桥 向的分 布 规律 图 8 钢 箱梁 中边腹板顶 底板处 的剪力 滞系数在 纵桥 向的分布规 律 L 一 I 墩 顶 f v中 墩 顶 1 中 跨 I 图 9钢箱梁 底板 角部处剪力滞系数在纵桥 向的分布规律 4箱 梁 的
13、偏载 效应 本 文 的背 景工程 钢 箱梁 顶 面 宽度 为 2 5 m 横 向悬 臂 长 度达 到 7 8 5 m 且梁 底 支座 横桥 向 间距为 5 2 m 箱 梁 的偏载 效 应 严 重 下 面 针 对 边 跨 跨 中 墩 顶 截 面 和 中跨 跨 中截 面 对 车道 荷载 的偏 载效 应 进行 分析 参 照规 范 5 活 载 的横 向 布置 分 为 横 向偏 心 布 置 和 横 向对称 布 置 空 间 分 析 时 为 了尽 量 减 小 活 载 的 局部效应 降低桥面板第二体系对计算结果 的影响 本 文将 车 道均 布线 荷 载 转 换 为 均 布 面荷 载 车 道 集 中 荷 载 转
14、换 为均 布线 荷载 布 置形 式 和 荷 载 集 度见 图 1 1 图 1 2 车道荷 载 的 纵 桥 向按 照 分 析 断 面 的纵 向 弯 矩 最 不利 进行 布置 在 横 向偏 载 和 横 向对 称 荷 载 作 用 下 上 述 三 个 计 算 截 面 的 顶 底 板 纵 向应 力 如 图 1 3 图 1 5所 示 中 跨跨 中截 面 和 边 跨 跨 中截 面 顶 板 的横 桥 向 均 布 线 荷 载 P 使 得 钢 箱 梁 桥 面 板 的 第 二 体 系 受 力 特 征 明 显 桥 面 板 的纵 向应 力 已 不 能 单 纯 反 映 箱 梁 扭 转 对 纵 向应 力 的 影 响 因 此
15、 这 里 给 出 了这 些 截 面 的 底 板 纵 向 应 力 一 底板 弧形底 J I 墩 顶 一 一 中 墩 顶 中 跨 t 0 1 O 2 0 3 O 4 0 5 0 6 0 纵桥 向问离 m 图 1 O钢箱梁边腹板顶 板处剪力滞系数在纵桥 向的分 布规律 璺 Q 0 一 蔓互 一 一 9 1 一 叫 I r T n l一 门 T 1 0 5 x 3 x O 7 8 8 3 0 7 k N M M 扎 j 川0 P 3 6 0 3 x O 7 8 8 1 0 5 3 k N M l l 1 r T口 u 口u Vu u w u vt 盘 上 横 向偏心加载 图 1 1 车道 荷载横向偏心
16、布置 一 l 8 1 3 o 1 8 o I L 岔 l 盆 一 一 8 一 I g 1 0 5 x 3 x O 7 8 8 2 1 5 4 k N M M P 3 6 0 x 3 x O 7 8 8 2 5 2 6 5 k N M l f l f l r I f l 口 l 凸 j 横 向对称加载 图 1 2车道荷 载横 向偏心布置 N o 3 2 0 1 2上画么咯 5 1 0 辍帐靶 襁 图 1 3 车道荷载横向偏 心布置和横向对称布置下 中跨跨中截面底板纵桥向应力分布 图 1 4 车道荷载横 向偏心布置和横 向对称布置下 边 跨 跨 中截 面 底 板 纵 桥 向 应 力 分 布 图 1 5车道荷载横向偏心布置和横向对称布置 下中墩顶截面桥面板的纵向应力分布 截 面偏 载系数 的计 算 公 式采 用 rl 一 偏 载 作 用 下 截 面最 大纵 向应力 对 称 荷 载作 用 下 截 面 最 大 纵 向 应 力 L 6 j 上 述三 个计算 截 面 的偏 载 系数如表 2所示 箱 梁 墩 顶 的最大 偏载 系数 为 1 7 5 这 是 由于 中墩 顶处 支 座 该处 中墩支座纵桥
