第二章_钢桥设计计算理论课件

1、第二章 钢桥设计计算理论2022/7/190第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论 一般规定 公路钢桥构件的强度及稳定计算，应按承载能力极限状态设计要求进行作用设计值效应的基本组合，组合表达式中的作用采用标准值，并乘以作用分项系数。各种作用的分项按现行公路桥涵设计通用规范的规定取用。当钢桥遇有偶然作用时，尚应进行作用效应的偶然组合。钢桥的疲劳计算应采用疲劳荷载的标准值效应 公路钢桥的承载能力极限状态设计，用于体现桥梁安全等级的结构重要性系数，对安全等级为一级的桥梁，取1.1；对安全等级为二级的桥梁，取1.0。 2022/7/191Tongji University, Qingtian Su第一节

2、钢桥构件强度与稳定计算理论 一般规定 1 杆件的强度和稳定应按有效截面计算。2 受拉翼缘的强度计算有效截面应考虑剪力滞和孔洞的影响。3 受压翼缘和腹板的强度计算有效截面应考虑剪力滞、孔洞和板件局部稳定的影响。4 轴心受压杆件的强度和稳定计算应考虑板件局部稳定的影响。5 杆件稳定计算应考虑板件局部稳定的影响。2022/7/192Tongji University, Qingtian Su第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论 有效截面规定 1) 考虑剪力滞影响的有效截面面积按下式计算：(5.1.6-1) 式中: 有效截面面积；be,i考虑剪力滞影响的第i块板件的翼缘有效宽度，见图5.1.6-1，按5

3、.1.7条计算；Ti 第i块板件的厚度；As,i翼缘有效宽度内的加劲肋面积。图5.1.6-1 考虑剪力滞影响的第i块板件的翼缘有效宽度示意图2022/7/193Tongji University, Qingtian Su第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论 有效截面规定 2) 考虑受压加劲板局部稳定影响的有效截面面积按下式计算：bi，ti第i块受压板件的宽度和厚度。 As,i第i块受压板件的加劲肋面积。 jl,i第i块受压板件的局部稳定系数，按5.1.9条计算。图5.1.6-2考虑受压加劲板局部稳定影响的受压板件宽度示意图(5.1.6-2)2022/7/194Tongji University,

4、 Qingtian Su第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论 有效截面规定 3) 同时考虑剪力滞和受压加劲板局部稳定影响的有效截面按下式计算：(5.1.6-3)图5.1.6-3 同时考虑剪力滞和受压加劲板局部稳定影响的板件宽度示意图2022/7/195Tongji University, Qingtian Su第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论 有效截面规定翼缘有效宽度be按式（5.1.7-1）和（5.1.7-2）计算 （5.1.7-1） （5.1.7-2） 2022/7/196Tongji University, Qingtian Su第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论 式中：be翼缘有效宽度

5、； b 腹板间距的1/2，或翼缘外伸肢为伸臂部分的宽度，如图5.1.7-1所示； 等效跨长，见表5.1.7-图5.1.7-1 翼缘的有效宽度有效截面规定 2022/7/197Tongji University, Qingtian Su第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论 有效截面规定 2022/7/198Tongji University, Qingtian Su第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论 轴心受压板件的局部稳定系数 (5.1.9-1)(5.1.9-2) (5.1.9-3)式中 R相对宽厚比；k加劲板的弹性屈曲系数； b加劲板的宽（腹板或刚性纵向加劲肋的间距）； t被加劲板板厚；E弹性模

6、量； v泊松比。有效截面规定 2022/7/199Tongji University, Qingtian Su第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论 轴心受拉构件强度 轴心受压构件强度(5.2.1-1) Aeff考虑局部稳定影响的有效截面面积；(5.2.2-3） Aeff有效截面面积；2022/7/1910Tongji University, Qingtian Su第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论 轴心受压构件稳定：应考虑截面局部稳定产生的截面影响 Aeff考虑局部稳定影响的有效截面面积；轴心受压构件的有效截面无偏心时，稳定应按下式计算：(5.2.2-4)(5.2.2-5)式中 Nmax轴心压力

7、，当压力沿轴向变化时取杆件中间1/3部分的最大值； 轴心受压构件整体稳定系数，按5.2.3条计算式中 Nmax轴心压力，当压力沿轴向变化时取杆件中间1/3部分的最大值；轴心受压构件的有效截面有偏心时，应按偏心受压构件计算，偏心弯矩按下式计算： (5.2.2-6) eN有效截面偏心距；2022/7/1911Tongji University, Qingtian Su第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论 受弯构件 在主平面内受弯的实腹式构件抗弯强度应满足下列规定 ：1、翼板正应力 式中 Wx,eff考虑剪力滞和受压板件局部稳定的有效截面模量。 (5.3.1-1) 2、受双向弯曲和扭转共同作用时，正应

8、力和剪应力的组合满足 (5.3.1-2) 3、腹板剪应力开口截面腹板弯曲剪应力可按（5.3.1-4）计算： (5.3.1-4) (5.3.1-3) 2022/7/1912Tongji University, Qingtian Su第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论 受弯构件 未设加劲肋处的腹板局部应力按5.3.1-5计算4、受弯实腹式构件腹板在正应力x、剪应力和局部应力sy共同作用时 (5.3.1-6) (5.3.1-5) 式中，分布长度 2022/7/1913Tongji University, Qingtian Su第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论 受弯构件 受弯的等截面实腹式构件的整体

9、稳定应满足下列规定 ：(5.3.2-1)(5.3.2-2)(5.3.2-3)(5.3.2-4)(5.3.2-5)(5.3.2-6)Wx,eff，Wy,eff考虑剪力滞和受压板件局部稳定的有效截面模量 等效弯矩系数；kc弯矩换算系数，可按表5.3.2-1计算 相对长细比： 考虑约束影响的弯曲弹性屈曲弯矩。2022/7/1914Tongji University, Qingtian Su第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论 受弯构件 腹板加劲肋设置应满足下列要求：1、腹板最小板厚度应满足表5.3.3-1的要求。 2022/7/1915Tongji University, Qingtian Su第一节

10、 钢桥构件强度与稳定计算理论 受弯构件 腹板加劲肋设置应满足下列要求：2、腹板横向加劲肋的间距a应满足下式要求： (5.3.3-1) 腹板横向加劲肋惯性矩应满足下式要求 ： (5.3.3-2)3、腹板纵向加劲肋满足以下要求 ： (5.3.3-3)(5.3.3-4)2022/7/1916Tongji University, Qingtian Su第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论 拉弯、压弯构件 实腹式拉弯、压弯构件强度应满足下列规定 ：(5.4.1-1)(5.4.1-3)(5.4.1-2)(5.4.1-4)式中： N计算截面轴力； 计算截面弯矩；Wx,eff，Wy,eff 考虑剪力滞和受压板件

11、局部稳定的有效截面模量。 exN, eyN有效截面偏心距。2022/7/1917Tongji University, Qingtian Su第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论 拉弯、压弯构件 实腹式拉弯、压弯构件整体稳定应满足下列规定 ：(5.4.2-4)(5.4.2-3)(5.4.2-5)(5.4.2-1)(5.4.2-2)轴心受压构件整体稳定系数弯矩作用平面内的受弯构件稳定系数；双向受弯相关系数=0.6；等效弯矩系数，按表5.4.2-1计算。 2022/7/1918Tongji University, Qingtian Su第一节 钢桥构件疲劳强度计算理论 一般规定 1、凡承受拉拉循环应力

12、或拉压循环应力作用的桥梁构件都应进行疲劳验算。在抗疲劳设计时，只考虑可变作用。2、 公路桥梁抗疲劳设计应根据5.7.2条5.7.4条中的3种疲劳荷载模型进行验算。5.7.2疲劳荷载模型I ：采用车道荷载进行整体构件疲劳验算 5.7.3 疲劳荷载模型II：采用标准疲劳车进行构造细节的疲劳验算 5.7.4 疲劳荷载模型III：采用实桥交通调查数据作为制定疲劳荷载的依据 2022/7/1919Tongji University, Qingtian Su第一节 钢桥构件疲劳强度计算理论 疲劳荷载模型I ：1 、疲劳荷载模型I用于桥梁结构中整体构件疲劳验算；2 、疲劳荷载模型I为等效的车道荷载。集中荷载

13、为0.7Pk，均布荷载为0.3qk。Pk和qk按公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)第4.3.1条取值；3、 最大应力 和最小应力 由集中荷载与均布荷载的最不利排列确定；4 、计算 和 应考虑多车道折减的影响 5、 疲劳寿命验算要求满足：式中： 常幅疲劳极限，见图5.7.5-1。 2022/7/1920Tongji University, Qingtian Su第一节 钢桥构件疲劳强度计算理论 疲劳荷载模型II ：1 、疲劳荷载模型II用于构造细节的疲劳验算；2、疲劳荷载模型II为四轴单车模型，轴重、轴距与轮距的布置如下。(c)疲劳荷载轮轴分布(a)公路I级疲劳荷载(b)公路II级

14、疲劳荷载2022/7/1921Tongji University, Qingtian Su第一节 钢桥构件疲劳强度计算理论 疲劳荷载模型II ：3、 疲劳寿命验算要求满足：式中： 为疲劳荷载效应分项系数， 结构重要性系数。对于冗余杆件，。对于关键杆件， 结构重要性系数。对于冗余杆件取1.0，对于关键杆件取1.15. 疲劳抗力，对应于200万次疲劳抗力应力幅，根据具体的疲劳细节取值 等效应力幅，按下式计算 为单车加载得到的应力最大值和最小值为损伤等效系数 为不同跨径桥梁的损伤影响系数 为荷载修正系数 为交通量影响系数 为其他车道重车影响系数 为考虑疲劳极限的最大取值 2022/7/1922Ton

15、gji University, Qingtian Su第一节 钢桥构件疲劳强度计算理论 疲劳荷载模型III ：1 、疲劳荷载模型II采用实桥交通调查数据作为制定疲劳荷载的依据 ；2、制定疲劳荷载模型应考虑行车方向、车道数量、车道类型、车辆间距、车辆类型、车辆轴重的影响 ；3、计算时根据验算疲劳细节的应力影响线加载形成应力历程，用雨流法或泄水法计数形成应力谱，得到 4、疲劳荷载模型III采用下式 验算 式中： 为疲劳荷载效应分项系数， 结构重要性系数。对于冗余杆件取1.0，对于关键杆件取1.15. 疲劳应力谱中应力幅的加载次数 疲劳应力谱中应力幅的加载次数 疲劳应力谱中应力幅 的加载次数； 疲劳

16、细节曲线中与应力幅 对应的疲劳寿命 2022/7/1923Tongji University, Qingtian Su第一节 钢桥构件疲劳强度计算理论 疲劳抗力钢结构的疲劳抗力用对应于不同疲劳细节的S-N双对数曲线表示。每个疲劳细节用其对应于2.0106次疲劳寿命的应力幅标识。疲劳细节的常幅疲劳极限对应于曲线上疲劳寿命为5.0106的应力幅，截止限对应于疲劳寿命为1.0108的应力幅。在疲劳分析时，应力谱中所有低于截止限的应力循环可以忽略不计。 剪应力疲劳细节曲线 正应力疲劳细节曲线 2022/7/1924Tongji University, Qingtian Su第一节 钢桥构件疲劳强度计算

17、理论 疲劳细节2022/7/1925Tongji University, Qingtian Su第一节 钢桥构件疲劳强度计算理论 疲劳细节2022/7/1926Tongji University, Qingtian Su5.2.3 轴心受压整体稳定系数，应根据构件的长细比、钢材屈服强度和表 5.2.4的截面分类按下式计算，取截面两主轴稳定系数中的较小值。返回(5.2.3-1) (5.2.3-1) (5.2.3-2) (5.2.3-3) (5.2.3-4) 其中， 相对长细比按下式计算：2022/7/1927Tongji University, Qingtian Su式中， 轴心受压构件弹性稳定欧拉应力；l轴心受压构件长细比，无可靠资料时可按本规范第5.2.4条或有限元方法计算；a参数，根据表5.2