对于钢箱梁桥面板的计算有以下两种方法。
按照实际构造建立全桥各个构件,顶板系统、隔板系统、腹板系统等,再在建立的全桥模型中施加车队荷载,必须是采用轮载的车队荷载,轮载体现实际的轮压,车队荷载体现实际的行车荷载,进行多车道比选出最不利车队荷载布置情况,最后根据板壳单元模型计算得到各个组成系统的应力。
此时无需引入钢箱梁三体系的概念,同样也无叠加的概念。
这种方法同时考虑了主梁体系的整体受力和桥面板体系的局部受力的耦合关系。为了避免单元过多,一般采用多尺度的混合有限元计算,如下图。
基于多尺度的混合有限元整体计算 模型
只是这种设计方法,对于常规的梁桥设计,过程繁琐,效率较低。
通过上一篇(回顾请戳此),我们知道了钢箱梁的力流传递过程,钢箱梁结构的顶板系统参与主梁体系(第一体系)与第二体系两个传力,传力是同时进行的。
我们再来回顾下,第二体系和第一体系:
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)第一体系(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,同时主梁体系需要考虑剪力滞效应、局部稳定造成的有效宽度折减。此效应采用车队荷载的等价活载—车道荷载。
两个体系主要针对顶板,当然压重区域底板也有两个体系,两个体系叠加原因是设计者计算时采用简化的杆系模型计算第一体系(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)。
采用杆系模型的纵向计算中并不建立横隔板(也没法建立),忽略了顶板纵肋将力流引导到横隔板的这个力流流向,因此需要额外计算顶板加劲肋被隔板支撑的第二体系,最后叠加,如下图。
欧洲规范 3 结构整体及局部效应模型
通常采用P-E法(具体可参考小西一郎《钢桥》一书)、等效格子梁法、简化单梁法、局部板壳单元法等计算第二体系。
后续我们将对第二体系的具体计算予以详细论述。
等效格子梁模型
简化单梁模型(PS:倒T肋应用于桥面板是好的构造设计吗?)
局部板壳模型
需要说明的是,两个体系的概念对于混凝土桥梁同样适用。只不过常规混凝土桥梁桥面板由于隔板很稀疏,桥面板是横向传力的横向单向板,与纵向受力垂直,所以不需要叠加 。
在 π 形混凝土梁斜拉桥中一般设置为纵向单向板,这时需要叠加设计。
国内某 π 形梁斜拉桥横断面
国内某 π 形梁斜拉桥平面横隔板布置图
韩国 Geobukseon Bridge
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知识点:钢箱梁两个体系叠加
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桥梁工程
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