[分享]钢箱梁设计中的几个问题.pdf

发表于2019-05-16     1089人浏览     1人跟帖     总热度:991  

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(作者:陈耀军)
钢箱梁作为钢结构桥梁中最简单的一种桥型,令不少钢桥设计者倍感困难, 任何钢结构桥梁问题均围 绕三大核心问题,强度、 稳定、疲劳,构造服务于 受力。钢结构桥梁设计中 受力、构造、制造、安装、 焊缝、螺栓、铺装、钢材 性能、运输、涂装一下子 全部掌握太困难,主体先 要学习构造与受力分析。
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钢箱梁作为由顶板、顶板加劲肋、底板、底板加劲肋、横隔板和纵隔板(腹板)、腹板加劲肋、支 撑加劲肋众多薄钢板通过全焊接或栓焊结合的方式连接而成的整体受力体系,设计流程大体如下。 
1、拟定合适的梁高,梁高一般为跨度的1/20-1/30,大跨度钢箱梁节省用钢量可以采用变高设计, 中等70m以下可以采用制造便利的等高设计。
 2、根据平面划分箱式,不宜大于6m,不宜小于3m;
 3、确定顶底板纵向加劲肋形式,根据加劲肋形式确定隔板间距;根据梁高箱式宽度确定隔板类型, 保证隔板刚度与第二体系的受力,同时照顾好底板受压加劲肋的加劲效果,横隔板间距的确定需兼 顾考虑翼缘挑梁的受力。
 4、进行主梁第一体系纵向计算、桥面板第二体系计算、支点横隔梁计算,隔板刚度计算、挑梁受力 计算、支撑加劲肋计算,确定所有构件厚度及尺寸。 5、绘图准备,横梁隔板确定后反推其余跨间隔板位置、腹板竖向加劲肋、挑梁。
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钢箱梁问题中,最困扰桥梁设计者的几个问题: 
1、计算问题中的两个体系问题 为何需要来个体系叠加 如何计算两个体系 两个体系主要针对顶板,当然压重区域底板也有两个体系,两个体系是设计者计算采用常 规计算方式的原因,并且一定要体现轮载;钢箱梁中顶板及纵向加劲肋做了两个事情 1)第二体系:将车轮荷载纵向传递给横隔板, 此效应必须考虑轮载特性。
 2)主梁体系:作为纵腹板主梁的上翼缘组成部分 顶板及纵向加劲肋参与主梁体系的受弯承载,同时 主梁体系需要剪力滞效应造成的面积折减。此效应 采用车队荷载的等价活载----车道荷载 常规钢箱梁计算先建立单梁模型,赋予截面特性, 加载车道荷载及其他可变荷载,纵向计算中并不 建立横隔板,忽略了顶板纵肋将力流引导到横隔板的这个流向,因此需要额外计算顶板加 劲肋被隔板支撑的第二体系。
当然你也可以建立全桥模型,相应建立箱梁各个组成部分,包括隔板,活载按照车队荷载 施加,这能得到更精确的结果,几个体系同时考虑,但是效率低下,不过值得你尝试。
第一体系:常规的线单元 纵向计算模型,不建立隔板 只考察从纵腹板传力到支座 横梁的纵向传力,顶板及顶板加劲肋作为主梁的 上翼缘部分参与受弯。正确的二恒及车道活载加 载方式应该以隔板位置的点集中力加载,只不过 与均布加载相差不大,大家没注意而已。
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第二体系计算反应隔板支撑纵肋及桥面板,必须采用 轮载效应;公路桥梁轮载接触面小,铁路桥梁由于道 碴扩散轮载效应大体可以控制在80MPa,人行桥行人 荷载远小于车轮重量,汽车车轮压强大体是行人压强 的50倍,人行桥纵肋可以做的很轻柔。
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2、加劲肋类型选取问题 如何选取纵向加劲肋 如何设置隔板类型 如何使纵横向加劲肋匹配 加劲肋纵横交错怎么保证构造细节合理
设计中常采用的加劲肋形式
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车道范围顶板建议采用 U肋原因: 
1 ) U肋高度大,通常280mm,第二体系抗弯效应好, 较大的屈曲强度,可加大横肋的间距,节省横隔板钢材 
2 ) U肋抗扭特性好,加劲效果好,封闭的底板只需要 8mm便可满足加劲肋本身的稳定稳定,节省纵向加劲 肋的用钢量。 
3)底板没有第二体系,是否需要采用 U肋?
完全可以采用 U肋: 
a)梁高受限时,可以采用 U肋加劲,纵向加劲肋是底板受力面积的组成部分
 b)相对于板肋具备较高的屈曲强度,中支点下缘受压可以采用同样的隔板间距保证箱 梁下缘刚性加劲肋,减少隔板类型便于制造,有时也相对节省钢材 
c)底板没有第二体系,采用高度减小的板肋、倒 T肋也合理,节省底板纵肋用钢量。
顶底板纵向加劲肋,直线桥或者曲线半径大于300m车道 范围内一般采用闭口 u肋,市政桥梁中为了景观性钢箱梁 翼缘与混凝土梁翼缘对齐,挑梁腹板高度过小,翼缘纵向 加劲肋采用板肋,日本规范和欧洲钢桥规范关于疲劳细节的规定都是非常详细的,但两 者都没有 T形加劲肋的规范条文,意即这种加劲肋是不推荐采用。 不推荐采用 T形加劲肋的原因(实际项目中仍然有采用,但要控制 T肋应力幅): 
T肋的弱点不在于 T肋本身,而在于它与横隔板的连接细节,推荐采用板肋代替以下钢箱 梁中的经常采用的倒 T肋;
 1)平面曲线半径小于300m,U肋制作困难,顶板采用倒 T肋加劲 
2)较小腹板高度的翼缘挑梁上的纵向加劲肋 3)大跨变高钢箱梁中底板上的纵向加劲肋
钢桥面板U肋角焊缝,易引发疲劳裂纹,应采用坡口全熔透角焊缝。由于U肋角焊缝只能采 用单侧坡口熔透角焊缝,又不能烧漏,熔透深度规定取0.8t(t-肋板厚度),目前可以 采用内焊机器人保证双面焊,是一个工艺进步。板肋相对于U肋需要较密的隔板布置,抛 开用钢量不利因素,板肋也有优势地方。
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 发表于2019-05-16   |  只看该作者      

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北京 海淀区 | 路桥市政

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