第7章箱梁桥要点解析.ppt

7.1 概述 7.1.1 箱形截面梁桥的特点 箱形截面梁桥系指其主梁为薄壁闭合截面形式的梁桥。图 7.1表示一些箱梁的构造形式，其中图a及图b是钢筋混凝土桥面 的单箱和双箱主梁，，图c是工字钢与箱梁并用，这种形式较为 少见。 图7.2表示箱梁在无加劲的情况下可能出现的问题。 图7.2表示箱梁在无加劲的情况下可能出现的问题，图b 为垂直荷载作用下截面发生变形。在集中荷载作用点附 近受压翼缘的局部屈曲和腹板的压皱。图c则是在弯矩作 用下，横截面趋于扁平的变形，导致截面惯性矩下降， 弯矩达到临界弯矩时会发生弯折破坏，称为屈服现象。 箱形截面梁的主要优点是： 1.质量轻、用钢量小； 2.抗弯和抗扭刚度大； 3.适用于做成连续梁； 4.受力体系合理； 5.安装迅速、便于养护； 6.外形简洁、美观。 7.1.2 箱形梁桥的发展简况 表7.1列出部分跨径超过200m的箱梁桥 7.2 箱梁桥的一般构造 箱梁截面梁的构成部分主要是顶、底板、腹板和加 劲构件（图7.3） 加劲纵肋的截面形式分为开口截面和闭口截面（图 7.4）。开口截面中有平钢板（图7.4，1a）,正、偏头钢 板（图7.4，1b,1c,1d）,不等边角钢（图7.4，1e）和倒 T形的（图7.4，1f）。 7.3 箱梁桥的结构分析方法 7.3.1 有限元法 基本步骤： 1.将结构纵向分为若干块，各块再分成许多单元。横 肋面内单元节点编号应使节点的号码差额为最小，这样 可使方程式的带宽为最小。 2.建立各单元的刚度矩阵，并变换为总体坐标。 3.按照直接刚度法原理，将各刚度矩阵汇编为结构的 刚度矩阵。 4.建立结构荷载项作为方程右边项（荷载向量）；单 元的面积上的分布荷载可用等效节点荷载代替。如果存 在几种荷载情况，那么建立荷载矩阵。 5.应用该问题的边界条件。 6.最好利用结构刚度矩阵的带宽的特性求解线性代数 方程组，这样可以减少计算时间将节点的位移求出（即 位移向量）。 7.将位移向量乘以刚度矩阵，可求出反力。没有规定 位移的各点的反力为残余荷载，可作为检查解答的精确 度之用。 8.从总体坐标将节点位移逆变换至单元坐标；刚度矩 阵乘以位移可求出应力。 在平面应力作用中，四边形单元每个节点有三个自 由度：两个节点位移和一个节点转角（图7.5）。 7.3.2 空间框架结构法 7.3.3 平板法 7.3.4 格栅法 由大量箱梁组成的较宽的结构，其本身不具有明显 的薄壁性能，各箱梁由平板或由平板和横隔板相连接， 同时往往是斜交的，按照折板理论的方法求解，在某些 情况下（特别对于初步设计）太复杂。在这种情况下， 把实际结构作为格栅，可以求得最佳的结果，这种格栅 分析可借助于易于使用的计算机程序，可以轻而易举地 完成。 7.4 箱梁桥的计算特点 7.4.1 箱梁的剪力滞效应 　　　 　　如图7.8，T梁受弯曲 时，在翼缘的纵向边缘上 （在梁肋切开处）存在着 板平面内的横向力和剪力 流；翼缘在横向力与偏心 的边缘剪力流作用下，将 产生剪切扭转变形。 图7.10 受负剪力滞影响的典型弯曲应力分布 (一)横向效应 　　图7.11绘出了简支梁受集中荷载时的剪力滞系数　沿 箱梁截面上下翼板 上的分布情况。 (二)纵向效应 　　 图7.12表示简支梁在不同位置受集中力时的剪力滞纵向效应。 (三)参数影响 　　图7.13至图7.16表示了不同结构、不同荷载形式时 与　　或　　　的关系。　为腹板与翼缘板交界处的剪 力滞系数。L为跨径，2b为箱梁净宽。Is为上下板对截面 形心惯矩，I为整个截面对形心惯矩。 图7.14　剪力滞效应随宽跨比变化（内支点截面） 图7.15　剪力滞效应随惯矩比变化（跨中截面） 图7.16　剪力滞效应随惯矩比变化（内支点截面） 7.4.2 梁肋的有效宽度计算 箱形梁在计算纵向弯曲应力时仍然按一般翼缘梁计 算，其弯曲正应力为： 　 在截面面积A及惯性矩I的计算中，由于箱梁宽大的 顶、底板，故其远离梁肋的翼缘将起很小的作用，称为 “剪力滞后”，为此要限定计算的翼缘宽度，称为有效翼 缘宽度。 1.简支梁的有效翼缘宽度计算 　　 图7.17a为一个无悬臂翼缘的箱梁，当计算上翼缘有效宽度时，将底板面积之半分别放在腹板下方，代换成 形截面（图7.17b），计算下翼缘有效宽度时则将顶板面积之半各作用在腹板上方，形成U形截面（图7.17c）。