第7章箱梁桥解析

1、第七章箱形梁桥，7.1概述，7.1.1箱形梁桥的特点箱形梁桥是指主梁为薄壁封闭截面的梁桥。图7.1显示了箱梁的一些结构形式，其中图A和图B显示的是钢筋混凝土桥面的单箱双箱梁，图C显示的是工字钢和箱梁的组合，这种情况比较少见。图7.2显示了没有加劲的箱梁可能出现的问题。图7.2显示了没有加劲的箱形梁可能出现的问题，图B显示了垂直荷载下的横截面变形。集中载荷点附近受压翼缘的局部屈曲和腹板的屈曲。图C表明，在弯矩作用下，截面变形趋于平缓，导致截面惯性矩减小，当弯矩达到临界弯矩时发生弯曲破坏，这种现象称为屈服现象。图7.2，图d是扭矩t作用下的变形，当t达到临界扭矩时，箱梁将屈服。因此，为了提高箱梁的

2、承载力，有必要设置足够的横膈膜(图E)或横膈膜和加劲肋(图F)。图7.2，箱形截面梁的主要优点有：1。重量轻，钢材消耗少；2.高抗弯和抗扭刚度；3.适用于制作连续梁；4.合理的压力系统；5.安装快捷，维护方便；6.外观简单美观。7.1.2箱形梁桥的发展表7.1列出了一些跨度超过200米的箱形梁桥，以及7.2箱形梁桥的一般结构。箱梁截面梁的构件主要有顶板、底板、腹板和加劲构件(图7.3)，箱梁截面梁的构件如图7.3所示。加强纵向肋的截面形式分为开放截面和封闭截面(图7.4)。有平板钢板(图7.4，1a)、直钢板和偏置钢板(图7.4，1b，1c，1d)、不等角钢(图7.4，1e)和倒t形钢板(图7

3、.4，1f)。图7.4加强纵向肋的开放截面，封闭截面分为u(图7.4，2a)、v(图7.4，2b，2c，2d，3b)和y(图7.4，3a)。图7.4加劲纵肋闭合截面形式，7.3箱梁桥结构分析方法，7.3.1有限元法基本步骤：1。将结构纵向分成几个块，每个块又进一步分成许多单元。交叉肋平面中的单位节点数应使节点数差最小化，从而使方程的带宽最小化。2.建立每个单元的刚度矩阵，并将其转换为整体坐标。3.根据直接刚度法的原理，将各刚度矩阵编制成结构的刚度矩阵。4.将结构荷载项作为方程的正确项(荷载向量)；单元区域上的分布载荷可以由等效节点载荷代替。如果有几个负载情况，则建立负载矩阵。5.应用问题的边界

4、条件。6.最好利用结构刚度矩阵的带宽特性来求解线性代数方程，这样可以减少计算时间和计算节点的位移(即位移矢量)。7.将位移矢量乘以刚度矩阵，得到反作用力。没有指定位移的每个点的反作用力是残余载荷，可以用来检查解的准确性。8.将节点位移从全局坐标反变换到单位坐标；应力可以通过刚度矩阵乘以位移得到。在平面应力的作用下，四边形单元的每个节点有三个自由度：两个节点位移和一个节点转角(图7.5)。图7.5a)箱梁结构分为有限元；b)具有12个自由度的四边形平面应力单元c)具有12个自由度的四边形薄板弯曲单元，7.3.2空间框架结构方法，箱梁通常由不在一个平面内且沿纵向相互连接的梁壁组成。在大多数情况下，

5、这些梁壁的长度比宽度大一个数量级，并且宽度实质上比厚度大得多。因此，每个梁墙(jth)可视为框架构件。构件的轴线是第三束墙界面的重心轨迹；轴上连杆的端点(通常尽可能垂直于轴)位于此时，图7.6b所示的鱼刺可用于箱梁的各梁壁，故有时称为鱼刺法。图7.6)空间框架)鱼骨形，7.3.3板法，根据多箱宽截面箱梁结构在箱梁各部分实际空间作用下的分析，考虑结构隔板的实际类型、位置和关系，直接得出内力的计算方法。在板理论中，结构的实际刚度表达式表示为几个刚度常数，通过计算得到的板内力分布到空间结构的各个部分，这是该方法需要解决的两个问题。模拟实际结构的最简单方法是用正交各向异性板代替它，其厚度可根据实际结构

6、的抗弯刚度来确定。置换后，整体而言，结构的抗弯性能可以得到很好的表达，但抗扭性能并不准确，无隔板和薄壁结构的荷载横向分布被高估。因此，这种替代更适合于表达结构的整体性能或分析不明显的集中荷载的影响。在图7.7中，通过替换正交各向异性板可以获得良好的结果，而具有三层的夹层板具有更好的结果：边缘层代表上下凸缘的影响，而内层(夹层)仅传递剪切效应，其代表结构横向框架的剪切和性能(图7.7b)。7.3.4网格法是由大量箱梁组成的宽结构，不具有明显的薄壁性能。每个箱形梁由一个平板或一个平板和一个隔板连接，并且通常是倾斜的。在某些情况下(特别是对于初步设计而言)，根据折板理论进行求解过于复杂。在这种情况下

7、，最好的结果可以通过将实际结构作为网格来获得，并且这种网格分析可以借助于易于使用的计算机程序来容易地完成。7.4箱形梁桥的计算特点7.4.1箱形梁的剪力滞效应如图7.8所示。当T形梁弯曲时，在法兰纵向边缘(梁肋的切口处)的板平面内有横向力和剪切流；在侧向力和偏心边缘剪切流的作用下，法兰会产生剪切扭转变形。图7.8T梁翼缘受力，图7.9悬臂板对称单箱单室箱形截面的弯曲应力分布(考虑剪力滞效应)，图7.10负剪力滞影响的典型弯曲应力分布，(I)横向效应图7.11描述集中荷载作用下简支梁剪力滞系数沿箱梁截面上下翼板的分布。图7.11简支梁承受集中荷载(跨中截面)，图7.12显示了当简支梁在不同位置承

8、受集中力时剪力滞的纵向效应。图7.12显示了当简支梁受到集中力时，腹板和翼缘板相交处剪力滞系数的纵向变化。(3)参数的影响图7.13至7.16显示了使用不同结构和不同荷载形式时之间的关系。是腹板和翼缘板连接处的剪力滞系数。l为跨度，2b为箱梁净宽。Is是上下板对截面质心的惯性矩，I是整个截面对质心的惯性矩。图7.13剪力滞效应随宽跨比(中跨截面)而变化，图7.14剪力滞效应随宽跨比(内支点截面)而变化，图7.15剪力滞效应随惯性矩比(中跨截面)而变化，图7.16剪力滞效应随惯性矩比(内支点截面)而变化，7.4.2计算纵向弯曲时梁肋箱梁有效宽度的计算弯曲正应力为：在计算截面面积A和惯性矩I时，

9、由于箱梁顶板和底板较宽，远离梁肋的翼缘将起很小的作用，这被称为“剪力滞”，因此计算的翼缘宽度应加以限制，这被称为有效翼缘宽度。 1.简支梁有效翼缘宽度的计算图7.17a为无悬臂翼缘的箱梁。当计算上翼缘的有效宽度时，为地板的一半图7.17、图7.18，当计算带顶悬臂箱梁悬臂部分的有效宽度时(图7.18a)，腹板之间的顶板、底板区域和腹板区域可以集中在箱梁的对称中线上，形成t形截面(图7.18 b)；当计算上翼缘的有效宽度时，悬臂区域集中在腹板上方形成一个形状截面(图7.18)；计算下翼缘的有效宽度时，将顶板区域集中在腹板上方，形成一个U形截面(图7.18d)。上述U形、U形和T形截面、法兰宽度b

10、c、bmu和bmt(由bm表示)根据以下公式计算：(7.19)其中：当时；五点钟；当时，十点钟；l形梁的跨度；2b法兰宽度；五泊松系数；纵向肋间距；纵向肋的横截面积；t法兰盘厚度；h .正交异性翼缘板中性轴与箱梁截面中性轴之间的距离；F、J箱形梁的横截面积和惯性矩；连续梁有效翼缘宽度对连续梁剪力滞的影响研究发现，在中支点处存在很大的集中反力，该截面处存在明显的剪力滞现象。计算连续梁有效翼缘宽度的一种实用方法是将连续梁转换成等效简支梁，然后用简支梁的计算方法进行计算，如图7.19中的三跨连续梁。图7.19和图7.5箱形梁桥的施工工艺，钢梁的架设方法有很多种，根据架设机械的不同，可分为：(1)走架

11、和吊架方式：在地面安装小高度板梁时，最好采用这种方式。该方法包括以下步骤：在工厂或施工现场附近的全孔中组装主梁部分，用手摇起重机逐孔吊装主梁，在桥台和桥墩之间架设主梁，然后安装连接系统和桥面。这种方法广泛应用于城市高架桥。(2)门吊：当距地面高度大致相同时，架设连续多孔板梁是一种方便的架设方法，只需两台龙门吊和吊车纵向移动轨道，设备简单，施工方便。(3)浮吊：使用大吨位浮吊在河流和海上架设钢梁。安装很简单，但是浮吊使用更多的材料，所以在小项目中使用不经济，所以应该使用更多。(4)悬臂架设法：采用移动式刚臂起重机进行组装，逐步向前推进。这种方法在我国经常使用。(5)纵向拖拉法：在横梁上设置吊杆的

12、方法、引导横梁拖拉的方法和纵向连接拖拉的方法。在梁上设置吊杆的方法是在安装梁的后端连接配重，在配重的前端设置吊杆，并从吊杆的顶端拉动吊索以悬挂安装梁的前端和后端。吊索由配重上的绞车控制，可用于机械设备差的施工现场。导向梁拖拉法和纵向连接拖拉法是我国常用的两种方法，通常与附加设备少、工期短的方法结合使用。(6)打捞方法：在前、后墩上架设立柱或电杆，用吊索吊住横梁进行安全固定，用另一套吊索吊住横梁前端，向前拉横梁进行架设，仅适用于小跨度桥梁。(7)缆索吊机架试验：方法同拱桥无支架吊装。(8)漂浮架设法：在浮船上组装桥梁，将浮船拖到位，将水倒入浮船和水槽中，将横梁放在桥墩上。(9)导线架设法：这种方法常用于旧桥改造。沿平行于旧桥的方向组装新桥，将新桥的两端支撑在台车上，然后将台车横向移动到旧桥上，以放置新桥。(10)旋转架设法：该方法与转体拱桥的架设理念相同。根据临时支撑设备的类型：(1)支撑设备的安装方法：这种方法是在脚手架上组装桥下低净空或低水位的桥梁。(2)试着做一座桥：提前把桥放在桥洞上由于钢