钢箱梁开口加劲肋设计探讨_图文

1、邓娟红,等:钢箱梁开口加劲肋设计探讨 钢箱梁开口加劲肋设计探讨邓娟红 宋一凡 陈至辰(长安大学陕西省公路桥梁与隧道重点实验室 西安710064摘要 结合钢箱梁设计工程实践,利用有限元程序ANSYS7.0对钢箱梁顶板、底板开口加劲肋进行了全面的计 算分析,模型采用Shell63单元离散,通过计算给出了开口加劲肋的间距、高度对钢箱直粱桥和钢箱弯梁桥受力性 能的影响规律,从而达到加劲肋优化设计的目的,为同类桥梁设计提供参考。关键词 开口加劲肋 钢箱梁 直箱梁 弯箱梁DESIGN RESEARCH oN oPEN STIFFENER FoR STEEL BoX GIRDERDeng JuanhOng

2、SOng Yifan Chen Zhichen(Chang 7an University,Major Laboratory for Highway Bridge and Tunne“n Shaanxi Xian 710064ABSlRACT(n the basis of steel box girder design engineering practice,it is conducted a fuU calculation and a analysis of the stiffeners for steel box girder rf and flr using ANSYS 7.0.It i

3、s found that there is apparent reguladty between the height and space of the stiffeners and the stressed peIformance of the straight steel box girder and the curved box girder bridge.Thus it offers an e“ectivemethod for the optimum design of stiffener.KEY WoRDS open stiffener steel box girder straig

4、ht box girder curved box girder近年来随着高等级公路的修建和城市高架桥、立交桥建设的需要,钢箱梁桥结构在我国已被广泛 采用。目前,对钢梁桥的研究主要是针对全桥的整 体分析,对顶、底板加劲肋没有专门的研究。加劲肋 有闭口加劲肋和开口加劲肋,从便于施工和养护方 面来说,开口加劲肋具有明显优势。钢箱梁的顶、底板和腹板厚度较小,是典型的闭 口型薄壁结构,因此必须有一定数量的加劲构件如 加劲肋和横隔板来保证其受力性能。钢箱梁在无加 劲肋的情况下常出现下面一些问题u J:1在垂直荷载作用下顶板发生较大的凸凹变 形,在集中荷载作用点附近受压翼缘局部屈曲,腹板 被压皱;2在弯矩作

5、用下,因截面惯性矩不足,弯矩达 到临界弯矩M。,时会发生弯折破坏;3在扭矩T作用下,当T达到临界扭矩T。,时 箱梁会出现屈曲现象。为提高钢箱梁承载能力并保持良好的工作性 能,需要沿顶、底板纵向设置足够的加劲肋,横向设 置横隔板。设置过多的加劲肋会增加梁体自重,造 成材料浪费,不能充分发挥材料应有的作用。本文 结合钢箱梁设计工程实践,探讨加劲肋的间距、高度 对结构受力的影响,从而达到优化加劲肋设计的目 的,为钢箱梁桥设计提供参考。 l模型建立以设计跨径为30m的简支钢箱直梁桥和跨径 为30m、半径为250m的简支钢箱弯梁桥为例。设 计钢板厚24mm,顶板宽8000mm,底板宽 5000mm,梁高

6、1300mm。梁的截面形式为单箱四 室,具体尺寸见图1。结构分析模型按板单元离散,采用通用程序 ANSYS 7.0分析计算,弹性模量和泊松比分别取 E=2.1GPa,扯=0.3。在顶、底板上布置不同间距、 不同高度的加劲肋来探讨加劲肋的间距及高度对钢 箱梁结构受力性能的影响规律。2钢箱直梁桥结构分析2.1加劲肋间距对钢箱梁结构受力性能的影响 在箱梁室内的顶、底板上分别按d/3、d/4、d/ 5、d/6、d/7、d/8、d/9、d/10(d为两腹板之间的距 离间距均布加劲肋,在跨中截面加集中荷载进行计 算,求得各控制点应力、位移值与无加劲肋模型下的 应力、位移值的比值。跨中截面各节点的位移比值、

7、 应力比值绘成曲线如图2、图3所示。 .第一作者:邓娟红女1979年2月出生硕士研究生收稿日期:20050305steel Construction.2005(5,Vol_20,No.8129 万 方数据工程设计趔 丑 斡 型Z4g 5fJ( 5(m 2×1(X08x15(砌中 心 线ba一立面;b一断面(序号为节点号图1总体布置+0;+d/3;+d/4;士d/5;+d/6;+d/7;o(_d/8;d/9;】'卜d/10图2不同问距加劲肋对应的跨中截面节点位移比值l00.5j型羞 0穴词_0.s1.O。卜_0;_卜d/3;。一d/4;一d/5;,广一d/6; +d/7;哼bd

8、/8;Ed/9;3卜d/10图3不同间距加劲肋对应的跨中截面节点应力比值2.2加劲肋高度对钢箱梁结构受力性能的影响 将加劲肋间距为矗/3的模型的加劲肋高度矗 取0、15、20、30、40cm,在跨中截面加集中荷载进行 计算,各种情况下截面节点的位移比值、应力比值绘 成曲线如图4、图5所示。由图2图5可知设置加劲肋后对节点3、8刚 度影响最小,对节点1、5、6、10影响最大;加劲肋的 高度对结构的性能影响更为明显,只有设置合适高 度的加劲肋才能达到最佳效果,既能提高结构的性 能又能充分利用材料。一(1-8型m。彗圳一1.】节点0】 2345678910h0;一15cm;一20cm;一30cm;一

9、40cm图4不同高度加劲肋对应的跨中截面节点位移比值l fL#=|=#=j=jE!=|_.f三 滔 o5卜 节点蓍。卜斗斗丰年+伴J仁三二=三E三三E写一1.0卜#=乍=:一0;一15cm;一20cm;-30cm;一40cm图5不同高度加劲肋对应的跨中截面节点应力比值3钢箱弯梁桥结构分析3.1加劲肋间距对钢箱梁结构受力性能的影响 在箱梁室内的顶、底板上分别按d/3、d/4、d/ 5、d/6、d/7、d/8、d/9、d/10(d为两腹板之间的距 离间距均布加劲肋,在跨中截面加集中荷载进行计 算,求得各控制点应力、位移值与无加劲肋模型下的 应力、位移值的比值。跨中截面各节点的位移比值、 应力比值绘

10、成曲线如图6、图7所示。3.2加劲肋高度对钢箱梁结构受力性能的影响 将加劲肋间距为d/3的模型的加劲肋高度矗 取0、15、20、30、40cm,在跨中截面加集中荷载进行 计算,各种情况下截面节点的位移比值、应力比值绘 成曲线如图8、图9所示。钢结构 2005年第5期第20卷总第81期T I 引叫1上蚕 节 誉 万 方数据邓娟红,等:钢箱梁开口加劲肋设计探讨_05蚓一10艇一1.5dj一一2.O一2.5节点l23456789100;+d/3;+d/4;士d/5;+d/6;+d/7;->(一d/8;Ed/9;】'卜d/10图6不同间距加劲肋对应的跨中截面节点位移比值1.0趔 (9娄o

11、.8(_0.9词一1.o 一1.1一1.2+0;td/3;+d/4;+d/5;+d/6;+d/7;×_d/8;d/9;4rd/10图7不同间距加劲肋对应的跨中截面节点应力比值4结 论4.1直桥计算结果分析由图2、图3可知加劲肋的间距对结构的受力 影响显著,从位移比值和应力比值综合考虑可以确 定选用间距为d/4的加劲肋时结构的受力状况最 好。由图4、图5可知加劲肋的高度对结构的受力 影响也很显著,从图中可以看到加劲肋高为15cm 时结构的刚度明显增大,强度也增大了约1.5倍。 设置更高的加劲肋时由于结构自重的增加,刚度和 强度指标都没有加劲肋高15cm时好。测 丑淤 趟_o.5一1.0

12、一1.52.02.S节点l2345678910p0;一15cm;一20cm;一30cm;一40cm1图8不同高度加劲肋对应的跨中截面节点位移比值一疹毒_一之量一节点12345679lO一,.:笋式_O;卜15cm;一20cm;广_30cm;40cm 图9不同高度加劲肋对应的跨中截面节点应力比值4.2弯桥计算结果分析由图6、图7可知加劲肋的间距对弯桥结构的受力影响比较复杂,对边节点影响大,对中节点影响 小,综合考虑选用间距为d/5的加劲肋时较为合 适。由图8、图9可知加劲肋的高度对结构的刚度 影响很大,对强度影响不是很明显。从图中可以判 定选用加劲肋高为20cm时最合适。参考文献1JTJ 025

13、86公路桥涵钢结构及木结构设计规范2周远隶。徐君兰.钢桥.北京:人民交通出版社,1991近期钢厂价格下调宝钢四季度价格各产品都进行了降价调整:钢坯下调了200250元/t,钢坯价格的下调预示着前期钢厂的高成本已经远 去;线材下调了4001000元/t;热轧下调了200800元/t;冷轧下调了100300元/t;轧硬卷普遍下调1000元/t;热镀锌 下调200元/t;镀铝锌下调400800元/t;宽厚板下调了4001100元/t;电工钢下调8001000元/t。宝钢的每季度调价在国内钢材市场上一直有“风向标”作用,从3月末开始,国内的钢价就开始全线下跌,但为了稳住市 场,宝钢第三季度的大部分产品

14、均执行第二季度价格,部分品种甚至进行了价格的上调。在经过长期下跌后,商家本就已经 失去了方向,而钢厂下调价格无疑又把难题交给了市场。各钢厂出厂价格下调后,执行价格与市场价格基本持平,但代理商还可享受代理费,而且各钢厂都有不同程度的批量优 惠。也就是说虽然不前市场价格在不断下跌,各方也仍就是有利可图的,并不完全像一些人所说的:现在市场价格与钢厂价 格出现倒挂,商家大幅亏损。钢厂价格下调,弱势尽显,最能够体现出来的问题就是:钢厂销售不畅已经是大面积的普遍的事 实。钢厂为了拉合同、走库存而下调出厂价格,商家也有理由为了走货下调销售价格。如此综合冲击之下,钢市是涨是跌,市 场已经做出了回答。摘自中国钢

15、结构网SteelConstruction.2005(5,V01.20,No_8131唧¨=丁一一一趔丑穴词万 方数据 钢箱梁开口加劲肋设计探讨作者:邓娟红 , 宋一凡 , 陈至辰 , Deng Juanhong, Song Yifan, Chen Zhichen作者单位:长安大学,陕西省公路桥梁与隧道重点实验室,西安,710064刊名:钢结构英文刊名:STEEL CONSTRUCTION年,卷(期:2005,20(5被引用次数:0次参考文献(2条1. JTJ 025-1986 公路桥涵钢结构及木结构设计规范2. 周远隶 . 徐君兰 钢桥 1991相似文献(5条1.会议论文 宋恒扬 .

16、 戴公连 三汊矶大桥钢箱梁开口肋板稳定极限承载力分析 2006本文以三汊矶湘江大桥自锚式悬索桥主梁钢箱梁人行桥面板为研究背景,以开口加劲肋板为研究对象,研究不同参数对开口加劲肋板弹性屈曲荷载的 影响,并考虑几何和材料非线性的影响,分析了不同残余应力、不同初始缺陷以及不同宽厚比等因素下的开口加劲肋板的稳定极限承载力.2.学位论文 宋恒扬 三汊矶湘江大桥钢箱梁加劲板件局部稳定分析研究 2007本文以长沙市三汊矶湘江大桥自锚式悬索桥为工程背景对钢箱梁加劲板件的稳定问题进行了研究。主要做了以下工作:一、通过对长薄板的线弹性屈曲分析,提出了适合于普通腹板有限元分析的合理边界条件,得到了六种弹性约束长板在

17、不同纵向压力梯度下线弹性 屈曲应力简化计算的板因数k值。二、分别采用我国钢结构设计规范、英国BS5400规范和日本规范对三汊矶湘江大桥钢箱梁各加劲板件的稳定性进行了计算,并对各国规范关于 加劲板的规定进行了简要评述。三、通过对三汊矶湘江大桥钢箱梁开口加劲肋腹板和闭口加劲肋腹板的屈曲计算,得到了两种方案的加劲梁腹板在不同纵向压力梯度和压剪共同作 用下的线弹性屈曲荷载。四、考虑材料非线性、几何非线性和初始几何缺陷,对三汊矶湘江大桥钢箱梁开口加劲肋腹板和闭口加劲肋腹板在不同纵向压力梯度和压剪共同作 用下的极限承载力进行了计算和对比分析。五、计算了三汊矶湘江大桥钢箱梁顶板在压弯作用下的线弹性屈曲荷载和

18、极限承载力,分析了不同位置车轮荷载对顶板线弹性屈曲荷载和极限承载 力的影响。3.期刊论文 宋恒扬 . SONG Heng-yang开口加劲肋板稳定极限承载力分析 -山西建筑 2007,33(15以三汊矶湘江大桥自锚式悬索桥主梁钢箱梁人行桥面板为研究背景,以开口加劲肋板为研究对象,研究不同参数对开口加劲肋板弹性屈曲荷载的影响 ,并考虑几何和材料非线性的影响,分析了不同残余应力、不同初始缺陷和不同宽厚比等因素下的开口加劲肋板的稳定极限承载力.4.期刊论文 姚波 . 张磊 . 程刚 . YAO Bo. ZHANG Ki. CHENG Gang开口加劲肋正交异性钢桥面铺装力学行为特性研究 -公路交通科

19、技 2008,25(12为了研究开口加劲肋正交异性钢桥面铺装的力学行为特性,通过建立钢箱梁和铺装整体三维有限元模型,分析了荷载作用下铺装层最大拉应力、铺装 与钢板层间最大剪应力等技术指标的变化及分布规律.得到如下结论:拉应力是导致铺装出现开裂破坏的主要原因,疲劳裂缝应沿桥梁的纵向;当以拉应力 作为控制指标时,钢桥面铺装在距离横隔板0.4 m范围内受力最为不利;开口加劲肋正交异性钢桥面铺装应变水平远大于一般沥青路面;铺装对车辆荷载的 应力应变响应具有很强的局部效应;铺装与钢板层间剪应力较大,在铺装结构设计时应注意选择具有较强抗剪强度的粘结材料.5.学位论文 李立峰 正交异性钢箱梁局部稳定分析理论

20、及模型试验研究 2005本文在总结中外学者研究成果和外国设计规范的基础上,结合我国大跨度正交异性钢箱梁的工程实践,系统地研究了正交异性钢箱梁结构的局部稳 定问题,主要做了以下工作:(1研究了正交异性钢箱梁在桥梁工程结构中的发展历史、应用现状、以及存在的关键技术问题,阐述了密索体系斜拉桥和自锚式悬索桥的发展使钢 箱梁的局部稳定问题更加突出的原因;(2研究了四边简支板的屈曲临界应力的理论解和各国规范对板局部稳定的规定;然后推导了加劲板的屈曲临界应力的理论解,分析了各种国内、外 规范对加劲板的计算方法、并对它们的理论背景和适用范围进行了对比研究;研究了开口、闭口加劲板的弹性屈曲特性,并对一些主要影响其屈曲应力 的参数进行了分析;提出了加劲肋的合理构造,推导了纵向加劲肋、横隔板的所需刚度的计算公式;(3首次提出并建立了考虑钢桥面板第二体系应力约束时的钢桥面板