正交异性钢桥面板计算

1、正交异性钢桥面板计算正交异性钢桥面板计算主讲人：吴定俊2006.11.31.桥面系和桥面板桥面系和桥面板l桥面系由桥面板和桥道梁组成的直接承受交通荷载的 行车系统,还包括桥面铺装，人行道板;l桥面板钢桥面板、钢筋混凝土桥面板、木桥面板;l桥道梁纵、横梁组成的连接系，纵横梁体系;l纵横梁之间的连接：（1）纵梁置于横梁之上； （2）纵梁和横梁同一平面的连接。l公路桥上的桥面板钢筋混凝土桥面，钢桥面板；l铁路桥上的桥面板很少采用钢桥面板，常用明桥面或 混凝土板的道碴桥面。2.钢桥面板构造与特性钢桥面板构造与特性 构造： 盖板、纵肋、横肋。 纵肋种类：闭口纵肋、开口纵肋。 优点： 重量轻，极限承载能力

2、高，适用范围广，但 是桥面铺装层要求很高。 结构特性 （1）构造性的正交异性板； （2）荷载纵向传递，符合刚度分配原则； （3）既作为主梁一部分发挥作用，又做 为桥面系单独部分。 思考问题 （1）正交异性钢桥面板与各向同性板 传力的区别。 （2）桥面板强度计算如何进行。桥面板强度分析三个结构体系的考虑桥面板强度分析三个结构体系的考虑 第一体系：主梁体系主梁体系，桥面板作为主梁的一部 分，为主梁的上翼缘； 第二体系：桥面体系桥面体系，由桥面盖板、纵肋、横 梁组成桥面体系,板作为单独部分； 第三体系：盖板体系盖板体系，考虑连续支撑盖板部分 的计算；（横向 力部分） 叠加原理：考虑受力方向和计算模型

3、的选取钢桥面板计算内容钢桥面板计算内容主要进行第二体系内力的计算：1 主要纵肋的弯曲内力和应力，包括跨中和支 点的弯矩和应力；2 桥面板的横向应力。3.钢桥面板的计算方法钢桥面板的计算方法 3.1 正交异性板弯曲微分方程正交异性板弯曲微分方程KxxKyyHwz式中：方向(桥梁横向）的抗弯刚度；方向（桥梁纵向）的抗弯刚度；抗扭刚度；（竖向）方向的位移。 该方程是正交异性桥面板计算的理论基础正交异性钢桥面板计算的正交异性钢桥面板计算的P.E法法1 P.E （Pelikan-Esslinger）法简介。2 P.E法计算步骤： 确定正交异性钢桥面板的顺、横桥方向的弯曲刚度Kx、Ky和抗扭刚度H；3 将

4、纵肋的刚度平均分摊 到整个桥面，使桥面成为正交异性板。4 按正交异性板弯曲方程求解板的弯曲内力： （1）支先按横肋刚度无穷大求纵肋跨中、支点的内力；）支先按横肋刚度无穷大求纵肋跨中、支点的内力； （2）然后考虑横肋的弹性变形的影响，对计算结果进行修正。）然后考虑横肋的弹性变形的影响，对计算结果进行修正。 3.1 PE法开口纵肋的计算法开口纵肋的计算44,ywKp x yy等价于格子梁，正交异性板的微分方程变为开口纵肋开口纵肋0KxH这是梁的弯曲方程，可以按梁的弯曲理论求解。PE法开口肋计算的主要步骤法开口肋计算的主要步骤（1）根据反力位移互等定理求解求纵肋跨中、支点的弯矩、反力影响线；（2）根

5、据影响线求弯矩、反力的量值；（3）根据反力大小求横肋挠曲对弯矩值进行修正；（4）根据修正后的内力值求应力。3.2 PE法闭口纵肋的计算法闭口纵肋的计算解题主要思路阶段：按上述方程解刚性支承正交异性连续板阶段：考虑横肋弹性弹性作用的修正0,04442,42 24442,2 24KxKy HwwwKHKp x yxyxx yywwHKp x yyx yy闭口纵肋：则方程为：闭口纵肋计算的主要步骤闭口纵肋计算的主要步骤主要计算步骤：（1）Ky一计算：闭口纵肋盖板的有效宽度 （a0+e0）计算单个闭口肋抗弯刚度EIl 桥面板抗弯刚度（2）H计算： G剪切模量 T单个闭口肋抗扭惯性矩 ，F面积， u周长

6、，s肋宽度 刚度折减系数，不同形状具有不同的表达式lyEIKae12GTHae24FTus（3） 荷载的傅立叶级数表示不同的加载方式，级数表达形式不同1sinnnxbxnQQx2 g2 gb（4）求闭口截面纵肋支点，跨中弯矩影响面和支点反力影响面 基本思路：求微分方程解 传递系数概念 利用边界条件求内力影响面齐次微分方程解齐次微分方程解设设 代入求得代入求得 0244224ywKyxwHy bxnywnnsinbxnCyCyCyCwsincoshsinh4321bnKHy2闭口截面闭口截面bxnCyhCyhCwsinsincos321/bxnyhCyhCwsincossin212/bxnyhC

7、yhCwsinsincos213/bxnyhCyhCwsincossin214/闭口截面闭口截面 传递系数概念和求法传递系数概念和求法传递系数概念传递系数概念：对平板没有荷载作用的节间来说，其内力是按照一定的：对平板没有荷载作用的节间来说，其内力是按照一定的 传递系数传递系数k衰衰 减的。减的。 根据变形连续条件可推得： 12cckatathathattcsinhsincos闭口截面闭口截面(3).根据虚功原理利用边界条件求各内力影响面根据虚功原理利用边界条件求各内力影响面l 虚功原理虚功原理求内力影响面得问题可转化为求求内力影响面得问题可转化为求 挠曲面问题挠曲面问题 l弯矩影响面由所求截面

8、产生相对转角 所成得挠曲面构成；l反力影响面由所求截面产生竖向位移 所形成得挠曲面构成 bxnsin1bxnysin1支点弯矩影响面：支点弯矩影响面：l 位移条件： （传递系数） 代入挠曲线方程，利用产生单位转角得关系，得： 0-1节间影响线： 1-2节间影响线：0y00,wMMty 00,wMkM*0coshsinhcosh(1)1 sinsinhat kyn xw Mayaykattb wKw*2*01tKKMhatathatsinsin*节间中央弯矩影响面：节间中央弯矩影响面：l0-0节间：l0-1节间：l1-2节间 *00011tanhsinhcoshsin22cosh2atn xwM

9、yMayMtbttkkM2cosh21*0*0coshsinhcosh11 sinsinhatkyn xwMayaykattb0 1wkw支承边反力影响面支承边反力影响面l边界条件 l0-1节间影响面：l1-2节间影响面：0y0, 1MM ty 1, 0MM *0*000231coshsinhcosh1 sin2sinh2k Mkn xwMatayMayyMattbkkM1*0*1cosh1sinhcosh1 sinsinhatkkn xwMayayyattb3.2 P.E法计算的主要思路与步骤法计算的主要思路与步骤（6）求各截面得内力值 式中: 代表桥面板影响面值纵距nnnbxnQeaMsin1n3.2 P.E法计算的主要思路与步骤法计算的主要思路与步