《钢桥设计计算理论》PPT课件.ppt

,第二章 钢桥设计计算理论,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,1,第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论,一般规定 公路钢桥构件的强度及稳定计算，应按承载能力极限状态设计要求进行作用设计值效应的基本组合，组合表达式中的作用采用标准值，并乘以作用分项系数。各种作用的分项按现行公路桥涵设计通用规范的规定取用。当钢桥遇有偶然作用时，尚应进行作用效应的偶然组合。 钢桥的疲劳计算应采用疲劳荷载的标准值效应 公路钢桥的承载能力极限状态设计，用于体现桥梁安全等级的结构重要性系数，对安全等级为一级的桥梁，取1.1；对安全等级为二级的桥梁，取1.0。,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,2,第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论,一般规定 1 杆件的强度和稳定应按有效截面计算。 2 受拉翼缘的强度计算有效截面应考虑剪力滞和孔洞的影响。 3 受压翼缘和腹板的强度计算有效截面应考虑剪力滞、孔洞和板件局部稳定的影响。 4 轴心受压杆件的强度和稳定计算应考虑板件局部稳定的影响。 5 杆件稳定计算应考虑板件局部稳定的影响。,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,3,第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论,有效截面规定 1) 考虑剪力滞影响的有效截面面积按下式计算：,(5.1.6-1),式中:,有效截面面积； be,i考虑剪力滞影响的第i块板件的翼缘有效宽度，见图5.1.6-1，按5.1.7条计算； Ti 第i块板件的厚度； As,i翼缘有效宽度内的加劲肋面积。,图5.1.6-1 考虑剪力滞影响的第i块板件的翼缘有效宽度示意图,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,4,第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论,有效截面规定,2) 考虑受压加劲板局部稳定影响的有效截面面积,按下式计算：,bi，ti第i块受压板件的宽度和厚度。 As,i第i块受压板件的加劲肋面积。 jl,i第i块受压板件的局部稳定系数，按5.1.9条计算。,图5.1.6-2考虑受压加劲板局部稳定影响的受压板件宽度示意图,(5.1.6-2),2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,5,第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论,有效截面规定,3) 同时考虑剪力滞和受压加劲板局部稳定影响的有效截面,按下式计算：,(5.1.6-3),图5.1.6-3 同时考虑剪力滞和受压加劲板局部稳定影响的板件宽度示意图,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,6,第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论,有效截面规定 翼缘有效宽度be按式（5.1.7-1）和（5.1.7-2）计算,（5.1.7-1）,（5.1.7-2）,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,7,第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论,式中：be翼缘有效宽度； b 腹板间距的1/2，或翼缘外伸肢为伸臂部分的宽度，如图5.1.7-1所示；,等效跨长，见表5.1.7-,图5.1.7-1 翼缘的有效宽度,有效截面规定,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,8,第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论,有效截面规定,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,9,第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论,轴心受压板件的局部稳定系数,(5.1.9-1),(5.1.9-2),(5.1.9-3),式中 R相对宽厚比；k加劲板的弹性屈曲系数； b加劲板的宽（腹板或刚性纵向加劲肋的间距）； t被加劲板板厚；E弹性模量； v泊松比。,有效截面规定,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,10,第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论,轴心受拉构件强度 轴心受压构件强度,(5.2.1-1),Aeff考虑局部稳定影响的有效截面面积；,(5.2.2-3）,Aeff有效截面面积；,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,11,第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论,轴心受压构件稳定：应考虑截面局部稳定产生的截面影响,Aeff考虑局部稳定影响的有效截面面积；,轴心受压构件的有效截面无偏心时，稳定应按下式计算：,(5.2.2-4),(5.2.2-5),式中 Nmax轴心压力，当压力沿轴向变化时取杆件中间1/3部分的最大值； ,轴心受压构件整体稳定系数，按5.2.3条计算,式中 Nmax轴心压力，当压力沿轴向变化时取杆件中间1/3部分的最大值；,轴心受压构件的有效截面有偏心时，应按偏心受压构件计算，偏心弯矩按下式计算：,(5.2.2-6),eN有效截面偏心距；,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,12,第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论,受弯构件,在主平面内受弯的实腹式构件抗弯强度应满足下列规定 ：,1、翼板正应力,式中 Wx,eff考虑剪力滞和受压板件局部稳定的有效截面模量。,(5.3.1-1),2、受双向弯曲和扭转共同作用时，正应力和剪应力的组合满足,(5.3.1-2),3、腹板剪应力,开口截面腹板弯曲剪应力可按（5.3.1-4）计算：,(5.3.1-4),(5.3.1-3),2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,13,第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论,受弯构件,未设加劲肋处的腹板局部应力按5.3.1-5计算,4、受弯实腹式构件腹板在正应力x、剪应力和局部应力sy共同作用时,(5.3.1-6),(5.3.1-5),式中，分布长度,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,14,第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论,受弯构件,受弯的等截面实腹式构件的整体稳定应满足下列规定 ：,(5.3.2-1),(5.3.2-2),(5.3.2-3),(5.3.2-4),(5.3.2-5),(5.3.2-6),Wx,eff，Wy,eff考虑剪力滞和受压板件局部稳定的有效截面模量,等效弯矩系数； kc弯矩换算系数，可按表5.3.2-1计算,相对长细比：,考虑约束影响的弯曲弹性屈曲弯矩。,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,15,第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论,受弯构件,腹板加劲肋设置应满足下列要求：,1、腹板最小板厚度应满足表5.3.3-1的要求。,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,16,第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论,受弯构件,腹板加劲肋设置应满足下列要求：,2、腹板横向加劲肋的间距a应满足下式要求：,(5.3.3-1),腹板横向加劲肋惯性矩应满足下式要求 ：,(5.3.3-2),3、腹板纵向加劲肋满足以下要求 ：,(5.3.3-3),(5.3.3-4),2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,17,第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论,拉弯、压弯构件,实腹式拉弯、压弯构件强度应满足下列规定 ：,(5.4.1-1),(5.4.1-3),(5.4.1-2),(5.4.1-4),式中： N计算截面轴力；,计算截面弯矩； Wx,eff，Wy,eff 考虑剪力滞和受压板件局部稳定的有效截面模量。 exN, eyN有效截面偏心距。,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,18,第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论,拉弯、压弯构件,实腹式拉弯、压弯构件整体稳定应满足下列规定 ：,(5.4.2-4),(5.4.2-3),(5.4.2-5),(5.4.2-1),(5.4.2-2),轴心受压构件整体稳定系数,弯矩作用平面内的受弯构件稳定系数；,双向受弯相关系数=0.6；,等效弯矩系数，按表5.4.2-1计算。,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,19,第一节 钢桥构件疲劳强度计算理论,一般规定,1、凡承受拉拉循环应力或拉压循环应力作用的桥梁构件都应进行疲劳验算。在抗疲劳设计时，只考虑可变作用。 2、 公路桥梁抗疲劳设计应根据5.7.2条5.7.4条中的3种疲劳荷载模型进行验算。,5.7.2疲劳荷载模型I ：采用车道荷载进行整体构件疲劳验算 5.7.3 疲劳荷载模型II：采用标准疲劳车进行构造细节的疲劳验算 5.7.4 疲劳荷载模型III：采用实桥交通调查数据作为制定疲劳荷载的依据,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,20,第一节 钢桥构件疲劳强度计算理论,疲劳荷载模型I ：,1 、疲劳荷载模型I用于桥梁结构中整体构件疲劳验算； 2 、疲劳荷载模型I为等效的车道荷载。集中荷载为0.7Pk，均布荷载为0.3qk。Pk和qk按公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)第4.3.1条取值； 3、 最大应力 和最小应力 由集中荷载与均布荷载的最不利排列确定；,4 、计算 和 应考虑多车道折减的影响,5、 疲劳寿命验算要求满足：,式中： 常幅疲劳极限，见图5.7.5-1。,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,21,第一节 钢桥构件疲劳强度计算理论,疲劳荷载模型II ：,1 、疲劳荷载模型II用于构造细节的疲劳验算； 2、疲劳荷载模型II为四轴单车模型，轴重、轴距与轮距的布置如下。,(c)疲劳荷载轮轴分布,(a)公路I级疲劳荷载,(b)公路II级疲劳荷载,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,22,第一节 钢桥构件疲劳强度计算理论,疲劳荷载模型II ：,3、 疲劳寿命验算要求满足：,式中： 为疲劳荷载效应分项系数，,结构重要性系数。对于冗余杆件，,。对于关键杆件，,结构重要性系数。对于冗余杆件取1.0，对于关键杆件取1.15.,疲劳抗力，对应于200万次疲劳抗力应力幅，根据具体的疲劳细节取值,等效应力幅，按下式计算,为单车加载得到的应力最大值和最小值,为损伤等效系数,为不同跨径桥梁的损伤影响系数,为荷载修正系数,为交通量影响系数,为其他车道重车影响系数,为考虑疲劳极限的最大取值,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,23,第一节 钢桥构件疲劳强度计算理论,疲劳荷载模型III ：,1 、疲劳荷载模型II采用实桥交通调查数据作为制定疲劳荷载的依据 ； 2、制定疲劳荷载模型应考虑行车方向、车道数量、车道类型、车辆间距、车辆类型、车辆轴重的影响 ； 3、计算时根据验算疲劳细节的应力影响线加载形成应力历程，用雨流法或泄水法计数形成应力谱，得到 4、疲劳荷载模型III采用下式 验算,式中： 为疲劳荷载效应分项系数，,结构重要性系数。对于冗余杆件取1.0，对于关键杆件取1.15.,疲劳应力谱中应力幅,的加载次数,疲劳应力谱中应力幅,的加载次数,疲劳应力谱中应力幅 的加载次数；,疲劳细节曲线中与应力幅 对应的疲劳寿命,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,24,第一节 钢桥构件疲劳强度计算理论,疲劳抗力,钢结构的疲劳抗力用对应于不同疲劳细节的S-N双对数曲线表示。每个疲劳细节用其对应于2.0106次疲劳寿命的应力幅标识。疲劳细节的常幅疲劳极限对应于曲线上疲劳寿命为5.0106的应力幅，截止限对应于疲劳寿命为1.0108的应力幅。在疲劳分析时，应力谱中所有低于截止限的应力循环可以忽略不计。,剪应力疲劳细节曲线,正应力疲劳细节曲线,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,25,第一节 钢桥构件疲劳强度计算理论,疲劳细节,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,26,第一节 钢桥构件疲劳强度计算理论,疲劳细节,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,27,5.2.3 轴心受压整体稳定系数，应根据构件的长细比、钢材屈服强度和表 5.2.4的截面分类按下式计算，取截面两主轴稳定系数中的较小值。,返回,(5.2.3-1),(5.2.3-1),(5.2.3-2),(5.2.3-3),(5.2.3-4),其中， 相对长细比按下式计算：,2019/6/15,Tongji University, Qingtian Su,28,式中， 轴心受压构件弹性稳定