正交异性板桥面体系计算支承长度匹配问题研究.docx

文章编号 : 100124632 (2003) 0 文章编号 : 100124632 (2003) 0220072206 正交异性板桥面体系计算支承长度匹配问题研究 万 鹏 , 郑凯锋 , 洪显诚 (西南交通大学 土木学院 , 四川 成都 610031) 摘 要 : 针对虎门大桥正交异性钢桥面板 , 探讨不同边界条件和加载方式下 , 有限元法和 P2E 法的差异 。 采用全梁段板壳单元模型 , 进行 8 种工况的分析计算 。结果表明 : 支承长度的变化 , 将导致桥面体系和顶板体 系的计算结果有明显差异 , 并且支承长度和荷载的变化对跨中正应力的影响小于支点位置 , 因此全梁段模型的 计算支承长度需与全桥体系计算中采用的梁单元长度匹配 。将跨中和横梁位置桥面板和 U 形加劲肋的正应力计 算结果与 P2E 法进行比较后 , 发现前一方法更能体现这种结构的整体受力和变形性能 , 更全面反映不同部位在 不同荷载和不同边界条件下的性能差异 。通过与实测值的比较 , 说明本文建立的全梁段板壳单元模型可以反映 正交异性桥面板的桥面体系和顶板体系的综合受力性能 。 关键词 : 钢桥 ; 正交异性板 ; P2E 法 ; 有限元法 ; 支承长度匹配 中图分类号 : U448125 文献标识码 : A 通过 8 种工况的计算 , 说明在该模型中 , 支承长度 (横梁间距或吊杆间距) 的差异将导致桥面体系和 顶板体系的计算结果有明显差异 。所以在正交异性 板桥面计算中 , 全桥体系中梁单元的长度应与桥面 体系的支承长度匹配 , 避免在两个体系叠加时出现 较大误差 。 引 言 1 正交异性板桥面是由相互垂直的纵向与横向加 劲肋和桥面顶板焊接成整体以承受车轮荷载的桥面 结构 。为了简化计算 , 通常人为地将正交异性板桥 面分为 3 个基本体系加以研究 : 第一体系 , 即全桥 体系 , 作为主梁的上翼缘 , 参与全桥工作 。第二体 系 , 即桥面体系 , 由纵肋 、横梁和顶板组成 , 该体 系弹性 支 承 在 主 梁 或 纵 腹 板 上 , 承 受 桥 面 车 轮 荷 载 。第三体系 , 即顶板体系 , 带有纵向加劲肋的面 板弹性支承于横梁上 , 在轮轴荷载作用下 , 顶板和 纵肋主要产生横向应力和变形 。在荷载作用下 , 钢 桥面板任意点的应力应由上述三个基本体系的应力 通过适当叠加而求得 。由于顶板体系应力为横向应 力 , 通常只作计算分析参考 , 常不进行应力叠加 。 除此之外 , 一般均要求把全桥体系应力和桥面体系 应力叠加 , 但其容许应力值可适当提高 。 值得注意的是 , 在一些缆索支承的大跨度桥梁 简化计算中 , 往往在全桥体系中采用梁单元模拟加 劲梁 , 梁单元的长度通常为吊杆 ( 或斜拉索吊点) 的间距 。但 在 相 应 的 正 交 异 性 板 桥 面 体 系 的 计 算 中 , 支承长度却是横梁 (横隔板) 的间距 。本文采 用全梁段板壳有限元模拟正交异性钢桥面板体系 , P2E 法与有限元法的比较 2 P2E 法是将纵肋均分到盖板上 , 在计算的第一 阶段假定横梁刚度无穷大 , 按刚性支承正交异性板 计算 , 第二阶段考虑横梁弹性挠曲的影响 , 修正第 一阶段的结果 。P2E 法适合各种不同加劲肋构造 , 计算表明该法用于计算纵向加劲肋应力时具有良好 的精度 。但对于其他一些关键细节部位 , 例如横梁 腹板开口部位的应力无法计算 。P2E 法作为一种简 化方法 , 也有一些缺陷 。首先 , P2E 法是基于 Hu2 ber 方程的简化方法 , Huber 方程仅在材料正交异 性板的条件下才正确 。根据严密的静力等效概念 , 仅当加劲肋对于板的中面对称布置时 , 构造异性板 才能被一定厚度的等效材料异性板代替 。最典型的 正交异性钢桥面的加劲肋布置在板的一侧 , 并不对 称于板的中面 。这种情况下 , 板中弯曲应力中性面 收稿日期 : 2002204215 作者简介 : 万 鹏 ( 1975 —) , 男 , 安徽蚌埠人 , 博士研究生 。 第 2 期正交异性板桥面体系计算支承长度匹配问题研究73位置偏移 , 由此违背平板理论的基本假设 , 第 2 期 正交异性板桥面体系计算支承长度匹配问题研究 73 位置偏移 , 由此违背平板理论的基本假设 , 且使桥 面板的有效抗扭刚度减小 。所以在运用 Huber 方程 时需要做一些假设和调整 。其次 , 面板与加劲肋之 间的空间空缺也与平板理论的连续性假设不符 。最 后 , Huber 方程仅适用于小挠度 , 而通常桥面板已