钢结构基本原理-2015第5章-钢箱梁

上节内容概第四章板梁桥第二节主梁一、主梁构成（上、下翼缘和腹板二、主梁梁（经济梁高、最小梁高—铁路桥；腹板设计（高度、厚度））三、主梁翼（最小面积，最大宽度、最小宽度、厚度高度、宽度、 上节内容概第二四、主梁腹板与加腹板强度与稳定（宽厚比横向加劲肋(支承加劲肋及验算和中间横向加劲肋(） 上节内容概第二翼缘连腹板连接——一体式和（高强螺栓连接与混凝土桥面板的 第五章钢梁桥——钢箱梁第一节结构形式与总体布置第二节主梁第三节 第四节钢箱梁受力分第一节结构形式与总体布一、结构形式—简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁单箱单室，宽跨比 第一节结构形式与总体布双箱单 一第一节结构形式与总体布一三箱单 单箱多1第一节结构形式与总体布倾倾斜腹板倒梯多箱单多箱单扁平钢箱

第一一、结构形结构形式与第一一、结构形结构形式与总体布 第一节结构形式与总体二、受力特点与翼缘和腹板厚度远比高度和宽度小，是典型的闭口薄壁结

2 t2受压板件欧拉应力为：xcr

xk

12v

b12 ，则b/t≤37.712 ，则b/t≤37.7b

xk2 t

121v2 第一节结构形式与总体布二、受力特点与RRb12(1v2tk2fE相对板厚比板件由稳定控制第一节结构形式与总体布二、受力特点与t（相当于中国标

f0.6520.13;, 板件边缘应力（压为正 弯折破畸第一节结构形式与总体布二、受力特点与 第一节结构形式与总体布二、受力特点与梁高小、适合于立交桥和建筑高度受到限制的桥梁横隔板和加劲结构等都在箱内，外形美便布电煤管属可作检和 通。 第一节结构形式与总体布崇启大桥钢箱第一节结构形式与总体布黄石谈山立交桥钢第一节结构形式与总体布二、受力特点与 第一节结构形式与总体布三、总体布由主梁、横向联结系和桥面系横向刚度很大布置比较灵(一)主 ．单箱钢梁抗弯刚度和抗扭刚度大，截面尺寸较大时，单梁具有较大承载3车道以内单箱4~6车道也可采用上下行线完全分离的双幅单箱 第一节结构形单箱钢梁增钢箱梁采用悬臂式钢桥面板增1/503m2~4m 第一节结构形式与总体布设挑梁优点

第一节结构形式与总体布多箱钢梁布置与双箱梁桥基本 第一节结构形式与总体布(二纵梁横梁间距增大，桥面板厚度增大。钢桥面板可不 第一节结构形式与总体布(二纵梁与横梁及第一节结构形式与总体布(三作用：使得各主梁受力均匀、支承纵梁和可有效提高桥除单箱梁桥或多幅完全分离式单箱梁桥外，须设置端横注意20m梁高通常为主梁高度的 第一节结构形式与总体布(四)支座及临时支点单箱钢梁桥:梁端必须设置两个支座曲。但箱梁整体必须具有足够的抵多箱钢梁桥 第一节结构形式与总体布钢量

a简支组合钢箱梁(RC桥面 b简支钢箱 第一节结构形式与总体布四、钢箱梁桥的用

c连续钢箱梁(RC桥面)d钢箱梁(钢桥面 一、组成与

第二 箱梁之间有横向联系时，还需要设置连接结

箱梁宽度 条第二构造 010；52m底板变厚度 第二板或横肋不焊接(5)箱内肋垂直翼受拉翼缘受压翼缘肋板一侧不二、梁高与

第二主梁要求有足够的强度和刚度，通常以截面应力控制设计时梁高：高跨比1/20- 单箱结构：宽3~6m居多，最大8m双箱和多箱结构：宽1.5~4m居多，最大箱梁的高宽单线铁路宽2.0~2.2m 大，改变梁高简支梁或连续梁正弯矩负弯矩—————2—————43————54————5———2:536——7—四、加劲

第二设 加劲肋目的 钢箱梁腹板加劲肋的构造和设计与工形钢板梁基本通常，钢箱梁桥的整体刚度比顶底板刚度大得 加劲肋刚lEIl其中，Il—EbtD—被加劲板的抗弯Dt—被加劲板板

121v2 第二—42n(1n)(2

(0 1 l n —加劲板的长宽比a—加劲板的长度(b—加劲板的宽(腹板间距n—被加劲肋分隔的局部δl—单根加劲a0—加劲板的临界宽度比

1n 四、加劲

刚性加 刚性加 柔性加 加劲板的承载力与加劲肋的刚度有密切的关系 第二五、顶底板最小板厚与设计最小板(或腹板、横隔板)1b xk2 t y《道路桥示方书》规定的受压翼缘板必须满足的最小板厚要钢材种(相当于中国国标钢板厚b/(fn)第二五、顶底板最小板厚与设计最小板t 80fnf0.6520.13 12板件边缘应力（压应力为正 第二五、顶底板最小板厚与设计应力验算方受拉翼缘加劲肋—受压加劲板强度计算—有限元法和正容许应换算压板的抗压强度，受压柱的长度采用与失稳模态有关的假想计算长度。2:5极限承载力计 第二换算压

beftAs blt bef—母材有效宽度

sm

σsm—根据换算压柱的相对长细比

Ey Ey

s

c3c

c ci可查

rse

换算压第二sm s c y主c 梁c1ec0钢材种(相当于中国标准系数--------第二Ey 1 Ey esel—换算压杆长度max(bt,at0bl)；bt—横向加 rse—换算压柱有效截面回转半径 at0—加劲板的临界长宽比;at

(1n)1(1n)γ1和γt纵向和横向加劲肋的12(1v) 12(1v) b

Il;

b I1、It—单根纵向和横向加劲肋对加母材有效宽

0.702R31.640R20.654R Re—相对宽厚

R0.562sm 12:3λe的函数，与有效宽度bef有关，因此，bef须迭代求 第三一、作用与构造形中间横隔板和支点横隔板,必须具有一定的刚度限制钢箱梁的畸变和横向弯曲变形，保持一定的截面形状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。 第三构 中间横隔板按挖空比率可分为(a)、框架式b1第三构定义：开 AA bh实腹式 剪应框架(0.4,0.8)轴力与抗桁架ρ0.8 第三周边焊接加劲 开口边缘焊接翼 形式T形截 二、间

第三)LDL 0.14LL

(L(L依据翘曲应力与容许应力比值 大跨径钢箱梁桥 多用桁架式横隔三、刚

第三公路钢桥设计指南推荐横隔板刚度满足L3K20L3d箱梁截面主扇 2b2 2 2

1

1

2

1 2

2

2

Fu—箱梁上顶板截面积（包括加劲肋Fl—箱梁下底板截面积（包括加劲肋Fh—一个腹板的截面积

BuBlH

Ifu—顶板对箱梁对称轴的惯矩

e

e Ifl—底板

2BB2:

eh h

f l 三、刚

第三

KA—箱梁面积（箱梁板壁中心线围成的面积桁架式横隔板X形

K8EA L3bL3L3Y形:K2EA L3bAb—单个斜撑的截A—箱梁面积（箱梁板壁中心线围成的面积 第三横隔简化为框取顶板、底板和腹板24K

48E(bb6hIu Il Ih

KK b 2bh2bh3h2

I I I I2 第三四、横隔板的实腹u剪应力： u

框架

Bu

DlDl当钢箱梁为分离式，，第三四、横隔板的应力对称桁架式力近似计X

NLb Y形Nb2ATd

第三局部承压应

b

AS—横向加劲肋净截面积B—支座垫板宽度；ft下翼ft 竖向应

第三平均压应力按 As

Bevbs30tD(bs五、横隔板计算示例（P190- 上节内容概第一节结构形式与总体布 b

xk2 二、受力特点与构

12 yt y受压翼缘必须考虑稳t Rbt

12(1v2)f相对板厚比

k R≥0.5板件由稳定控制R≥0.6极限承载力将低于屈服强度的90%足够横隔板 加劲肋的钢箱梁优点三、总体布12:53：单箱钢梁桥、双箱钢梁桥、多箱钢梁桥布 上节内容概第一节结构形式与总体布三、总体布支座及临时支点布置—单箱钢梁桥、多箱钢四、钢箱梁桥的用第二节一、组成与 箱梁之间有横向联系时，还需要设置连接结 上节内容概第二节四、加劲肋(设 加劲肋目的加劲肋刚度比/临界刚度刚性加劲、柔五、顶底板最小板厚最小板厚、应力验算方第三节一、作用与构造形12:53支座反力的 上节内容概第三

二、间公路钢桥设计指南推荐横隔板刚度满足K20分类：实腹式、桁架式、矩形框架 四、横隔板的应力中横隔板：实腹式剪应力、支点横隔板另有局部承压应力和竖向应 受第四节钢箱受一、箱梁截面在横截面纵向弯曲应x

w剪应其中

MswMM—纵向弯曲正应力、剪应力(P3和ww—约束扭转翘曲正应力、剪s —自由扭转剪wdwd—歪扭变形产生的畸变翘曲正应第四节钢箱梁一、箱梁截面受力横向弯曲应力s0t0t—单箱梁可作为超静定框架解析内的横向弯曲应力。右为弯矩dt—歪扭变形横向弯曲应恒载占总荷载比值越大纵向弯曲应力是主扭转应力是次要的足够数量横隔板则畸变应力也不大。焊缝疲劳强度箱梁在对称挠曲时，顶、底板中的剪力滞效应:3，特别是连续梁的中间支点处，在设计时也应予以注意。第四节钢箱梁受力分二、弯剪分弯曲正应钢箱梁桥顶、底板宽度一般较大，弯曲正应力计算时应该考虑剪力滞影响。常用剪力滞系数和有效分布宽度两种剪力滞系数法，拉压轴向应力和弯曲正应力可表达x

Myz MzM yIzyIzMyIzyIzMzIyIz MyIzIyzI I yzβy,βy—对y、z轴弯曲时的剪力滞系MyIyIzMzIzIM、M—对y、z轴弯yz

2I I 第四节钢箱梁受力分二、弯剪分弯曲剪应薄壁单室闭口如图，任一切口处未知剪力流为;其中：q0为切开的开 QS 部超静定问题，须应用的变形协调条

4剪力流（shearflow）”第四节钢箱梁受力分薄壁单室闭口根据在截面切为零的变形协dsdsqdssq1

q0ss

代

q0对于对称对于对称截面，当仅在其对称轴剪力时，依对称关系，在此对称轴上必sq=q+q；若切口和静 y0的积分点s=0取在对称轴处，可以直接得到q1=0q=q0，这样计算更为简便第四节钢箱梁受力分弯曲剪各室都切开，切口处对于没有公共边部分，箱壁的剪力流等于闭合剪力流对于有公共边部分，箱壁的剪力流等于相邻的箱室闭合j 第四节钢箱梁受力分弯曲剪薄壁多室闭口设箱梁共有n个室，变形调方程可联立nq0dsn

dsi j 或n dsq

ds

q0

qi.1i

j

i

i, ds—对第i室的公共边部分的积分，当第j室公共i,

流方向与第i室相同时取正 钢第四钢三、箱梁自由单箱单室自由扭转定义：箱梁在无纵向约束，截面可(也即圣·维南扭转单箱梁在外扭矩作用下，q=τt为常数，内外扭转平衡方程Mk

qrsdsqrsdsq扭转剪应力

A—箱梁薄壁中线所围面积，rs—扭转中心至箱壁任一点的切线垂直的距 第四节钢箱梁受力分三、箱梁自由扭单箱单室变设x为梁轴方向，u

s

uxu rds rds rds'(x)'sθ‘(x)—扭转率dθ(x)/dx；u0(x)—积分常数，位移初始积分一周，由点终点位移相

0 第四节钢箱梁受力分单箱单室变

ds' rds2'(x)

qds2'(x) sMkqrsdsqrsdsq

'(x) qds/2A kstMk uxuxsdsxsr

GJ

uxu0xxw

转惯 Mk

2As

rds

0为广义扇性坐sds

0 第四节钢箱梁受力分三、箱梁自由单箱单室抗扭惯矩—截面总抗扭惯矩为开口部分与闭口部分抗扭ITIT1IT 4IT

IT2

i

1

t5i 10.63i0.0525i3

bi 第四节钢箱梁受力分三、箱梁自由薄壁多室箱梁桥梁常用箱梁 第四节钢箱梁受力分四、箱梁约束当箱梁有强大横隔板，扭转时截面自由凸凹受到约束，而使纵向纤维受到拉伸或压缩，从而产生约束扭转正应力与在箱梁截面比较扁平或狭长，或在变截面箱梁中，都有这种基本箱梁扭转时，周边假设不变形，切线方向位移v(x)vxr

vrx 式中：rs—由扭转中心到壁厚中线上的点s的切线θ—扭转箱壁上的剪应力与正应力均 第四节钢箱梁受力分四、箱梁约束基本()0uxux0约束扭转正应MwwwdA

d2A扇性扇性正应则

Mww第四节钢箱梁受力分四、箱梁约束约束扭转剪 s类似于薄壁开口截面杆件约束扭转，约束扭转剪应力

TwSww IwTw

dMw称为弯曲扭转 d42d2mtxdx4 dx2 EI 第一一、结构形

上节内容概受力体系：简选用桥面板结构

60≤L≤80由技术与经济 上节内容概二、受力特点与构 b

xk2

相