钢箱梁桥面铺装层结构应力分析.pdfVIP

维普资讯 第3l卷第 6期 东南大 学 学报 (自然科学版) Vol3l No．6 2001年 l1月 jOLRNALOFSOL~ 4EFL2~WERS／T~f ml＆f Edition) 叭r 20叫 钢箱梁桥面铺装层结构应力分析 李 昶 邓学钧 周世忠 周建林 (东南大学交通学院，南京 210096) 【江苏扬子大桥股份有限公司，南京 210004 摘要：从铜箱粱结构计算的角度用有限元方法进行 了分析，对铺装层应力应变变化规律作了 描述，指出车辆荷载对铺装层内力影响的范围是有限的．通过分析，比较了产生的最大正负应 变的大小，确定了产生最大应变的位置，总结了铜箱梁上铺装对荷栽的响应特点 文中还结台 实际的开 口肋箱梁上铺装重建的实际工程进行 了计算． 算所得 的最大应变值荨戚果是混台 料设计的依据 ，为整个铺装层 的设计提供 了理论基础 关键词：铜桥；铺装；有限元；应力；应变 中国分类号 ：U443．33 文献标识码 ：A 文章编号：11301—0505(2．001)064X)144)4 近年新建的大型、特大型桥梁一般均采用悬索桥或斜拉桥的结构形式，而且大多采用箱形梁 这些钢 结构桥梁有着 良好的受力特性，能充分满足运营需要，但是其桥面铺装问题一直是工程实践中的一大难 题 ．在传统的桥梁设计过程中，由于对桥面铺装层不够重视 ，导致了铺装层在运营期开始后很快出现了各 种病害，给使用者带来了极大的不便，也增加了桥梁建成后的维修费用 ．所以对桥面铺装层进行分析是很 有必要的 近年来这一问题受到了重视，并已从多个角度被研究．其研究方法的差别主要体现在铺装模型 上，有直接针对剪切来考虑的方法 J，还有利用正交异性板理论，在铺装和桥面钢板之间添加夹层单元来 求解 ，国内有些科研单位还进行了环道试验 ． 钢箱梁的结构形式较为复杂，在箱梁的内部大多设有加劲肋(开 口或闭口)，使得箱梁的结构状态复杂 化，而分析桥面铺装层的受力状态就不能对这些次要结构 (如U形肋)进行简化，否则会导致铺装层的应 力分析失真．所以考虑加劲肋的作用是必要的． 综合 以上的考虑，本文在分析过程 中采用了弹性薄板单元 ，将加劲肋作为单元，详细考虑了铺装层 在满跨布置标准荷载情况下的应力状态．通过计算，确定了铺装层的最大拉应变值，反映了桥梁横截面上 铺装层应力应变的变化规律．这些指标可以作为设计和验算的基本参数． 在本文的后半部分，以我国南部某多跨简支钢箱梁桥的铺装修复工程为例．采用上述单元．分析了铺 装层的应力应变状态，以其中的～跨作为计算对象 ，为铺装层的设计和验算提供了方法． 1 计算原理 钢箱梁采用的钢板厚度一般为 】O～14mm，相对于其长度和宽度而言尺寸是小的，可以将其看作是薄 板．同理，加劲肋和横隔板都可以当作薄板处理 为了更详细地了解箱梁中的应力状态，结合钢板的平面 应力状态，在进行有限元计算时，混合了平面应力的平面四边形单元，这种单元也是一般计算箱梁时采用 的单元，可 描述箱梁各部分的特性 ．同时所取的单元数 目相对较少． 为了考虑钢板和铺装的共同作用，又因为顶板在荷载作用下的主要效应是板的弯曲，所以在进行有限 元计算时，按叠加抗弯刚度的方法来处理顶板上带铺装的单元．将各铺装层和钢板层的抗弯刚度叠加 得 到一个总和的等效抗弯剐度 ．按剐度值相等的原则，以单层钢板来代替多层材料构成的板．通过相等关系， 可以算出抗弯等效的钢板厚度，以此作为参数进行单元刚度矩阵的计算． 计算中采用的基本单元图式 见图1． 将板单元的4个角点作为节点，每个节点有6个位移分量，对应着 6个广义应力分量，它们是节点位 牧稿 日期：~001-01．19 作者简介：辛 昶，男 ．1974年生、博士研究生 基主项 目：国家 自然科学基金资助项 目 维普资讯 第6期