钢箱梁

第五章：钢箱梁桥第一节：钢箱梁桥的结构形式与总体布置一：结构形式单箱单室箱梁桥双箱单室箱梁桥三箱单室箱梁桥具有3个以上腹板的单箱多室箱梁桥双箱单室箱梁桥倾斜腹板的倒梯形箱梁桥多箱单室箱梁桥扁平钢箱梁桥双箱单室箱梁桥二：箱梁受力特点与构造措施：钢箱梁桥的翼缘和腹板厚度比起高度和宽度来非常小，是典型的闭口薄壁结构。1：受压翼缘板必须考虑稳定的影响2.1~0.141121121122122222222桥约束系数，对于钢箱梁很大的四边简支板稳定系数，对于长宽比式中：，则要使受压板件欧拉应力为：kfEktbbtEkffbtEkyyyxcrxcr下图为日本建设省土木研究所的试验结果和日本《道路桥示方书》规定的考虑板件局部稳定后的抗压承载力与相对板厚比R的关系：EfktbRy22112由图可知：当R≥0.5时，板件由稳定控制设计；当R≥0.6时，板件的极限承载力将低于屈服强度的90%。1212/0.113.065.0；注：f为发挥钢材的强度，日本规范规定了不设加劲肋的受压板件的最大宽厚比b/t的值：钢材种类（相当于中国标准GB）SS400,SM400(Q235)SM490(Q345)SM490Y,SM520(Q370)SM570(Q420)钢材板厚（mm）40≥t56f48f46f40f40＜t≤7558f50f46f40f75＜t≤10058f50f48fn42f由于钢箱梁的板厚比混凝土箱梁小很多，翼缘板的宽厚比b/t往往远远大于上表规定的最大值。例如：梁宽b和厚度t分别为3.0m和20mm，则b/t=150。因此，箱梁不设加劲肋时，在弯矩作用下，受压翼缘的应力在还远远小于屈服应力的情况下产生局部失稳。不设加劲肋的箱梁的破坏形式：压皱破坏弯折破坏扭转畸变抗扭转构造抗弯折构造横隔板、加劲肋构造无加劲肋的箱梁横隔板间距与翘曲正应力关系图5020114.0506＞且日本的经验公式：LLLLLDD三、总体布置：钢箱梁桥上部主要由：主梁、横向联结系、桥面系组成1、主梁：②双箱钢梁桥：①单箱钢梁桥：桥宽较小（3车道以内），可以采用此结构③多箱钢梁桥：不设挑梁设挑梁2、纵梁：目的：当主梁间距较大时，为了减小钢筋混凝土桥面板的跨径、或者提高钢桥面板的刚度，箱梁之间可以设置纵梁。纵梁布置纵横梁间距与RC桥面板厚度非组合箱梁桥组合箱梁桥纵梁与中间横梁的连接形式：a)腹板搭接；b)腹板对接纵梁与端横梁的连接形式a)腹板搭接；b)腹板对接边纵梁与挑梁的连接形式a)腹板搭接；b)腹板对接3、横梁：对于双箱或多箱结构钢梁桥，为了使得各主梁受力较均匀、支承纵梁和桥面板，往往在箱梁之间设置中间横梁。为使得横梁有较好的横向分配效果和支承纵梁，横梁要有足够的刚度。所以，横梁通常采用下图的实腹式结构形式，梁高一般为主梁高度的3/4~4/5，最好不小于1/2。横梁还兼作桥面板的横向支承结构，横梁顶面一般与主梁同高。为了保证桥梁的整体受力和抵抗偏心荷载和风荷载等产生的扭矩，除了单箱梁桥或多幅完全分离式单箱梁桥之外，必须设置端横梁。多箱钢梁桥，往往一个钢箱设置一个支座，箱梁之间用横梁相连。4、支座及临时支点布置：支座及临时支点布置示意图钢箱梁桥的用钢量与跨径、结构形式、桥宽等许多因素有关。四、钢箱梁桥的用钢量：简支组合钢箱梁桥简支钢箱梁桥（RC桥面）钢箱梁桥的用钢量与跨径、结构形式、桥宽等许多因素有关。连续钢箱梁桥(RC桥面)钢箱梁桥(钢桥面)第二节：主梁主梁构造：由顶板、底板、腹板焊接成闭口截面，箱内设置横隔板和纵横加劲肋箱梁在横向的分割：箱梁整体在运输有困难时，可以在横向划分为如下图所示的若干个工厂制作单元，在工地拼装成整体。箱梁单元的划分箱梁翼板加劲肋的布置：一般垂直于翼缘板布置，加劲肋的接头应该与翼缘板或腹板的接头错开；为了防止焊接对疲劳的影响，受拉翼缘的加劲肋与横隔板或横肋不焊接。箱梁加劲肋二、主梁梁高与梁宽：主梁梁宽的确定：单箱结构的宽度在3~6米居多，最大宽度8米左右双箱和多箱的宽度在1.5~4米居多，最大宽度5米左右箱梁的最小尺寸都在1米左右，高宽比在0.5~2之间为了有效地发挥钢材的作用和节省钢材，主梁设计应该尽可能使得截面以应力控制设计梁高对主梁抗弯强度和刚度影响较大，根据日本的工程实绩，梁高大约为跨径的1/20~1/30三、主梁的截面变化：目的：为了减少用钢量；方法：变梁高或变梁厚当跨径较小时，采用改变顶底板板厚、梁高与梁宽保持不变的方法，对钢箱梁制作、安装和运输较为方便；当跨径较大时，采用改变梁高的方法更加有效。四、加劲肋：顶底板的局部稳定分析，可以近似简化为由箱梁腹板和横隔板围成的四边简支板当加劲肋的刚度大于临界刚度比时，此时的加劲肋称为刚性加劲肋；当加劲肋的刚度小于临界刚度比时，此时的加劲肋称为柔性加劲肋；定义加劲肋刚度比：400022022211;/11121114llllllllnnnnnbabannnnnn由下式计算：加劲板的临界长宽比，；与被加劲板的面积之比单根加劲肋的截面面积纵向加劲肋数目；件数目被加劲肋分隔的局部板）加劲板的宽（腹板间距劲肋的间距）；加劲板的长度（横向加加劲板的长宽比式中：＞根据正交异性板的稳定理论，临界刚度比为：22112/EtDDIDEIlll被加劲板的抗弯刚度：的抗弯惯矩；单根加劲肋对被加劲板式中：对于由纵横加劲肋等间距布置的加劲板设计，日本《道路桥示方书》规定：加劲肋的刚度Il和面积Al必须满足下式要求：的加劲肋刚度比：由下面的计算方法得到纵向加劲肋数目；件数目被加劲肋分隔的局部板被加劲板板厚；）；加劲板的宽（腹板间距式中：reqllllreqllnnnntbnbtAbtI,,311011最小板厚；应力折减时必须满足的虑加劲板局部稳定容许与钢材种类有关的不考＜中的条件时：当不满足＜满足下式要求时：而且横向加劲肋刚度当0022,02202,0222,022202,3,3011121111211211411441111tttnnnttttnnnttnnnttnttnnnbtIIlreqllreqllreqllreqlreqltt21211212/0.113.065.080：板件边缘应力，、其中：ffnbt五、顶底板最小板厚与设计计算方法：1、顶底板最小板厚：可以根据加劲板的稳定确定①受压翼缘板最小板厚t（日本规范）②受拉翼缘板最小板厚t钢材种类（相当于中国标准GB）SS400,SM400(Q235)SM490(Q345)SM490Y,SM520(Q370)SM570(Q420)钢材板厚（mm）40≥tb/(56fn)b/(48fn)b/(46fn)b/(40fn)40＜t≤75b/(58fn)b/(50fn)b/(46fn)b/(40fn)75＜t≤100b/(58fn)b/(50fn)b/(48fn)b/(42fn)2、应力验算方法：①受拉翼缘加劲板的应力验算可以采用母材的基本容许应力计算②受压加劲板的应力验算可以采用容许应力法、换算压柱法等计算b、换算压柱法a、容许应力法容许应力法是对加劲肋的刚度和布置等作详细的构造规定，并在容许应力中考虑加劲肋的刚度和局部稳定的影响。日本《道路桥示方书》采用此法。2.12.02.01012233eeeeysmeysmesmysmslsefyuccccAtbAtb＜由下式计算：长细比：根据换算压柱的相对其中：上图所示加劲板的极限承载力σu计算如下：钢材种类(相当于中国标准GB)SS400，SM400(Q235)SM490(Q345)SM490Y,SM520(Q370)SM570(Q420)系数Cic01.1361.1331.1351.142c1-0.914-0.886-0.852-0.903c20.5500.6380.6180.820c3-0.223-0.294-0.299-0.425系数ci值第五章：钢箱梁桥第三节：横隔板1、横隔板的作用减少钢箱梁的畸变和横向弯曲变形；增加整体刚度；防止过大的局部应力；2、构造形式实腹式桁架式框架式中间横隔板一、横隔板的作用与构造形式：横隔板分为：中间横隔板和支点横隔板作用：保持一定的截面形状；对于支点横隔板还将承受支座处的局部荷载，起到分散支座反力的作用。必须有一定的刚度。支点横隔板两个支座单个支座定义开口率：'A/Abh/BH0.40.80.40.8时，为实腹式，主要考虑剪应力；时，为桁架式，简化为只受轴力的杆件；＜＜时，作为框架处理，考虑轴力和抗弯横隔板开口处的加强形式：二、横隔板的间距：5020114.0506＞且日本的经验公式：LLLLLDDdw3dd5dw22222212dw1u2lh1122ulEIK20LLEE=2.110MPa=210GPaI2b2bIF1F12FBB其中：：两横隔板间距；：钢材的弹性模量；：箱梁截面主扇性惯矩，根据箱梁的截面尺寸形式求得：为了抵抗箱梁的畸变，横隔板必须有足够的刚度。日本公路钢桥设计指南推荐的最小刚度：三、横隔板刚度：1、横隔板的最小刚度：义扇性坐标。闭口薄壁杆件截面之广性坐标；开口薄壁杆件截面之扇薄壁杆件的全部面积；式中：或：即：面积的积分。方之乘积对全部性坐标（闭口截面）平（开口截面）或广义扇积与扇性坐标：薄壁杆件截面微分面截面主扇性惯矩，是指--22FdFdFJW心线围成的面积）箱梁面积（箱梁板壁中横隔板的板厚钢材的剪切模量其中：AtGtAGKDD4322bbLAEAK2、实腹式横隔板刚度3、桁架式横隔板刚度328bbLAEAKbbA()AL式中：箱梁面积箱梁板壁中心线围成的面积；单个斜撑的截面积；斜撑的长度。4、矩形框架式横隔板刚度222''322648hhlhuluhluIhIIbhIIbhIIbIhIbIbEKKKK：度矩形框架式横隔板的刚hlhuhu(hl、hh）四、横隔板的应力验算：1、中间横隔板①、实腹式计算②、框架式横隔板横隔板厚度箱梁扭矩；其中：；；下式计算：实腹式横隔板剪应力按DdDdlulDdhDdulutTAtTBBAtTAtTBB222箱梁扭矩杆件长度；其中：形桁架：形桁架：dbdbbdbbTLTALNVTALNX242、支点横隔板①、局部承压应力③、对称桁架式横隔板bDebsVbtBAR②、竖向应力DsDeVDsDseVeVcDeVsVtbtBtbtbBBtBAR306030302＜效计算宽度：横隔板横桥方向应力有其中：五、横隔板计算示例：桥梁结构如下图所示，单位：mm为了便于计算，以下计算作如下假定：1、忽略混凝土悬臂板的影响；2、混凝土换算为钢梁上翼缘板的等效板厚计算。mKNTTTmKNLplTmKNPlTdddDdd89.43463.12826.30663.128625.35.3226.30625.350221222221一、计算模型：偏心扭矩Td：二、横隔板的最小刚度：箱梁的翘曲刚度按最大截面计算：2229602.33002