高等钢桥PPT课件

1、 w钢桥构件稳定性分析w钢桥抗疲劳分析w正交异性钢桥面板计算w组合结构桥梁分析高等钢桥高等钢桥主要内容：主要内容： 第第1 1节节 轴心受压构件整体稳定轴心受压构件整体稳定 第第2 2节节 薄板翘曲稳定薄板翘曲稳定 第第3 3节节 钢桥构件稳定实用计算方法钢桥构件稳定实用计算方法1.轴心受压构件整体稳定轴心受压构件整体稳定a ）理想构件弹性弯曲失稳理想构件弹性弯曲失稳1.轴心受压构件整体稳定轴心受压构件整体稳定b ） a ）均匀受压板件的弹性屈曲应力均匀受压板件的弹性屈曲应力2.薄板翘曲稳定薄板翘曲稳定a ）均匀受压板件的弹性屈曲应力均匀受压板件的弹性屈曲应力2.薄板翘曲稳定薄板翘曲稳定b ）

2、板件的弹塑性屈曲应力板件的弹塑性屈曲应力对于无残余应力的受压板件，板屈曲前：对于无残余应力的受压板件，板屈曲前：1.沿受力方向沿受力方向 xfp, Et= E(切线模量切线模量)2.垂直受力方向垂直受力方向 yfp, E(弹性模量弹性模量)，无约束时，无约束时 y02.薄板翘曲稳定薄板翘曲稳定对于局部屈曲问题，通常有两种考虑方法：对于局部屈曲问题，通常有两种考虑方法：方法方法1：不允许板件屈曲先于构件整体屈曲，目前一般钢结构不允许板件屈曲先于构件整体屈曲，目前一般钢结构就是不允许局部屈曲先于整体屈曲来限制板件宽厚比。就是不允许局部屈曲先于整体屈曲来限制板件宽厚比。方法方法2：允许板件先于整体屈

3、曲，采用有效截面的概念来考虑允许板件先于整体屈曲，采用有效截面的概念来考虑局部屈曲对构件承载力的不利影响，冷弯薄壁型钢结构，轻型局部屈曲对构件承载力的不利影响，冷弯薄壁型钢结构，轻型门式刚架结构的腹板就是这样考虑的。门式刚架结构的腹板就是这样考虑的。一般钢结构板件宽厚比的规定是基于局部屈曲不先于整体屈曲考一般钢结构板件宽厚比的规定是基于局部屈曲不先于整体屈曲考虑的，根据板件的临界应力和构件的临界应力相等的原则即可确虑的，根据板件的临界应力和构件的临界应力相等的原则即可确定板件的宽厚比。定板件的宽厚比。2.钢桥构件稳定实用计算方法钢桥构件稳定实用计算方法计算内容：计算内容：3、翼缘板的局部稳定翼

4、缘板的局部稳定4 4、受压板件翘曲稳定折减系数、受压板件翘曲稳定折减系数5 5、考虑翘曲稳定影响的受压板件的有效宽度和面积、考虑翘曲稳定影响的受压板件的有效宽度和面积 第第1 1节节 钢桥疲劳破坏的原因钢桥疲劳破坏的原因 第第2 2节节 疲劳分析的基本原理疲劳分析的基本原理 第第3 3节节 疲劳分析的基本方法疲劳分析的基本方法1.钢桥疲劳破坏的原因钢桥疲劳破坏的原因内因内因 钢材的材性和局部拉应力的集中程度钢材的材性和局部拉应力的集中程度外因外因 应力反复的循环特征和次数应力反复的循环特征和次数在循环应力或应变作用下材料上某处（或若干处）产生局部组织在循环应力或应变作用下材料上某处（或若干处）

5、产生局部组织的永久变形，并在经历一定循环次数之后形成裂纹，继而不断扩的永久变形，并在经历一定循环次数之后形成裂纹，继而不断扩展，最终使剩余受力结构发生断裂的过程。展，最终使剩余受力结构发生断裂的过程。疲劳破坏的定义：疲劳破坏的定义：疲劳破坏的原因：疲劳破坏的原因：2.疲劳分析的基本原理疲劳分析的基本原理疲劳损失理论：疲劳损失理论：疲劳损伤积累理论认为，当零件所受应力高于疲劳极限时，每一次疲劳损伤积累理论认为，当零件所受应力高于疲劳极限时，每一次载荷循环都对零件造成一定量的损伤，并且这种损伤是可以积累的；载荷循环都对零件造成一定量的损伤，并且这种损伤是可以积累的；当损伤积累到临界值时，零件将发生

6、疲劳破坏。当损伤积累到临界值时，零件将发生疲劳破坏。较重要的疲劳损伤积累理论有线性和非线性疲劳损伤积累理论，线较重要的疲劳损伤积累理论有线性和非线性疲劳损伤积累理论，线性疲劳损伤积累理论认为，每一次循环载荷所产生的疲劳损伤是相性疲劳损伤积累理论认为，每一次循环载荷所产生的疲劳损伤是相互独立的。总损伤是每一次疲劳损伤的线性累加，它最具代表性的互独立的。总损伤是每一次疲劳损伤的线性累加，它最具代表性的理论是帕姆格伦一迈因纳定理，应用最多的是线性疲劳损伤积累理理论是帕姆格伦一迈因纳定理，应用最多的是线性疲劳损伤积累理论。论。2.疲劳分析的基本原理疲劳分析的基本原理3. 疲劳分析的基本方法疲劳分析的基

7、本方法构件试验构件试验 2） 名义应力法名义应力法 3） 结构应力法结构应力法 4） 缺口应力方法缺口应力方法 5） 断裂力学方法断裂力学方法 第第1 1节节 正交异性钢桥面板定义正交异性钢桥面板定义 第第2 2节节 畸变畸变 第第3 3节节 钢桥面板计算内容钢桥面板计算内容1.正交异性钢桥面板定义正交异性钢桥面板定义定义定义：桥面盖板下表面焊接互相正交的纵向加劲肋和横向加劲肋桥面盖板下表面焊接互相正交的纵向加劲肋和横向加劲肋来共同承担车辆荷载的桥面结构。来共同承担车辆荷载的桥面结构。针对正交异性钢桥面的结构受力特点，传统的分析方法是把它分针对正交异性钢桥面的结构受力特点，传统的分析方法是把它

8、分成成3个结构体系加以研究的。个结构体系加以研究的。 第一体系第一体系：由面板和纵肋组成主梁的上翼缘，与主梁一同构成主：由面板和纵肋组成主梁的上翼缘，与主梁一同构成主 要承重构件要承重构件主梁体系主梁体系。 第二体系第二体系：由纵肋、横肋和桥面板组成的结构：由纵肋、横肋和桥面板组成的结构桥面系桥面系，其中，其中桥桥 面板被看成纵肋和横肋的共同上翼缘。面板被看成纵肋和横肋的共同上翼缘。 第三体系第三体系：仅指桥面板，它被视作支承在纵肋和横肋上的各向：仅指桥面板，它被视作支承在纵肋和横肋上的各向 同性连续板同性连续板面板体系面板体系。2.畸变畸变畸变畸变：截面外形轮廓线变形，包括横梁畸变和纵肋畸变

9、1）横梁畸变：）横梁畸变：在横梁或横隔板里，局部受力引起的横腹板畸变有以下几种：纵肋转动导致的面外畸变横向剪切导致的面内畸变齿竖向位移导致的面内畸变2）纵肋畸变）纵肋畸变：轮载作用在跨中且偏离纵肋轴时，纵肋发生扭转，绕其中心转动，随之在跨中纵肋底部产生横向位移。纵肋与横梁交叉处正上方作用有轮载而使纵肋受弯时，与横梁腹板连接的纵肋腹板受到约束，但其余腹板则发生鼓出畸变。3.钢桥面板计算内容钢桥面板计算内容主要纵肋的弯曲内力和应力，包括跨中和支点的弯矩主要纵肋的弯曲内力和应力，包括跨中和支点的弯矩 和应力；和应力；2 桥面板的横向应力桥面板的横向应力这里，主要介绍下正交异性钢桥面板计算的这里，主要

10、介绍下正交异性钢桥面板计算的P.E法法3.钢桥面板计算内容钢桥面板计算内容P.E法法1 P.E （Pelikan-Esslinger）法简介。）法简介。 将纵肋的刚度平均分摊到整个桥面，使桥面成为正交异性板.适用于整体和局部疲劳应力的精细化分析2 P.E法计算步骤：法计算步骤： 1）确定正交异性钢桥面板的顺、横桥方向的弯曲刚度Kx、Ky和抗扭刚度H； 2）按正交异性板弯曲方程求解板的弯曲内力： 支先按横肋刚度无穷大求纵肋跨中、支点的内力； 然后考虑横肋的弹性变形的影响，对计算结果进行修正。3.钢桥面板计算内容钢桥面板计算内容P.E法法（1）根据反力位移互等定理求解求纵肋跨中、支点的弯矩、反力影

11、响线；（2）根据影响线求弯矩、反力的量值；（3）根据反力大小求横肋挠曲对弯矩值进行修正；（4）根据修正后的内力值求应力。开口肋的计算步骤：3.钢桥面板计算内容钢桥面板计算内容P.E法法闭口肋的计算步骤： 第第1 1节节 组合桥梁结合性能分析组合桥梁结合性能分析 第第2 2节节 组合桥梁连接作用分析组合桥梁连接作用分析 第第3 3节节 连续组合梁负弯矩区作用分析连续组合梁负弯矩区作用分析受力机理受力机理：组合板梁用在正弯矩作用的跨中附近，即截面压缩区用抗压强度高的混凝土、截面拉伸区用抗拉强度高的钢材，能充分发挥两种材料的性能。同时，受弯纯钢梁一般是上翼缘的局部屈曲模态丧失承载能力，钢梁与混凝土桥

12、面板完全结合后，混凝土板约束钢梁上翼缘的局部屈曲，组合后的材料性能进一步得到发挥。1.组合桥梁结合性能分析组合桥梁结合性能分析组合板桥梁组合板桥梁1.组合桥梁结合性能分析组合桥梁结合性能分析组合桁梁桥组合桁梁桥传统的组合桁梁桥是通过焊钉连接件把钢桁架上弦杠与混凝土桥面板结合，使两者成为一个整体共同受力。组合桁梁桥与组合板梁桥在受力上的最大不同在于，组合板梁主要受剪作用，轴力很小；而组合桁梁腹杠收到较大的轴力，由腹杠轴力所引起的弦杠与桥面板间的水平剪力较大。1.组合桥梁结合性能分析组合桥梁结合性能分析组合墩柱组合墩柱组合墩柱主要以钢管混凝土、型钢混凝土构成。由于钢管的约束，填充混凝土处在三向约束

13、状态下，钢管混凝土墩柱的承载能力高于钢管与混凝土承载力的单独累加。钢管混凝土具有承载能力较大，同时不需要模板及其绑扎钢筋、工期能够缩短等优点。2. 组合桥梁连接作用分析组合桥梁连接作用分析连接件按照形式分类大致有钢筋连接件、型钢连接件、焊钉连接件、开连接件按照形式分类大致有钢筋连接件、型钢连接件、焊钉连接件、开孔连接件及组合连接件。孔连接件及组合连接件。 焊钉连接件焊钉连接件的力学性能不具有方向性，使用专用焊接机焊接，质量的力学性能不具有方向性，使用专用焊接机焊接，质量容易保证。焊钉的应用形式不仅局限在像组合梁的焊钉头部朝上正立，容易保证。焊钉的应用形式不仅局限在像组合梁的焊钉头部朝上正立，而

14、且还有头部倒立、侧力等各种类型。而且还有头部倒立、侧力等各种类型。 开孔连接件开孔连接件是指依据钢板圆孔中的混凝土承担结合面作用力的连接是指依据钢板圆孔中的混凝土承担结合面作用力的连接形式，是沿着钢筋纵向设置，依靠圆孔中的混凝土加强两者间的连接。形式，是沿着钢筋纵向设置，依靠圆孔中的混凝土加强两者间的连接。开孔板连接件的作用机理主要有三个方面：开孔板连接件的作用机理主要有三个方面： （1）依靠孔中混凝土的抗剪作用承担沿钢板的纵向剪力；）依靠孔中混凝土的抗剪作用承担沿钢板的纵向剪力； （2）依靠孔中混凝土的抗剪作用承担钢与混凝土间的分离力；）依靠孔中混凝土的抗剪作用承担钢与混凝土间的分离力； （

15、3） 与型钢连接件相同，依靠钢板受压承担面外的横向剪力。与型钢连接件相同，依靠钢板受压承担面外的横向剪力。2. 组合桥梁连接作用分析组合桥梁连接作用分析组合桥梁结合面连接可采用实体单元模拟，能姣好地模拟结组合桥梁结合面连接可采用实体单元模拟，能姣好地模拟结合面的性能，但由于计算容量限制，只适合对焊钉布置数目合面的性能，但由于计算容量限制，只适合对焊钉布置数目较少的组合结构进行分析。较少的组合结构进行分析。 模拟连接件的另一种方法是将连接件的受力分解，每模拟连接件的另一种方法是将连接件的受力分解，每个连接件用三个弹簧单元模拟，其中两个模拟连接件抗剪作个连接件用三个弹簧单元模拟，其中两个模拟连接件抗剪作用、一个模拟拉拔作用。这一方法可以直接采用推出试验的用、一个模拟拉拔作用。这一方法可以直接采用推出试验的剪力剪力-相对滑移曲线作为弹簧元非线性刚度。相对滑移曲线作为弹簧元非线性刚度。3.连续组合梁负弯矩区作用分析连续组合梁负弯矩区作用分析负弯矩区性能改善措施