浅谈钢箱梁第二体系应力计算

浅谈钢箱梁第二体系应力计算

张召辉 1 , 段传武 2 ，刘岳燕 3

贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司

摘要：钢箱梁第二体系应力计算主要是考虑到加劲肋与桥面板共同受力对桥面板应力的影响，由于对常规钢箱梁桥进行分析时，常用的是建立单梁模型对桥梁整体进行分析，横隔板转换为集中荷载施加到主梁上，这就不能考虑到纵向加劲肋对桥面板受力的影响，如果想要得到第二体系应力影响，保证结构安全，需要建立整体实体有限元模型，但是这种建模较为复杂，花费时间较长。因此在工程设计中常通过建立局部模型对钢结构第二体系进行分析。

以设计中参与的一个简支钢箱梁计算为例，采用桥博V4分别建立了简支U肋梁、连续U肋梁、梁格体系对钢箱梁第二体系进行了分析，现以桥博V4简支梁计算结果与手算计算结果加以对比，结果如下：

一、桥博建模流程大致如下：

1.首先通过桥博V4横向分布系数计算工具求解U肋的横向分布系数，考虑到单车道影响系数1.2，得到中间U肋的横向分布系数为0.6，与手算结果一致。

2.通过桥博V4中截面工具定义悬臂线、腹板线、分梁线求解U肋有效宽度，采用BS400升降温考虑梯度温度效应。

3.考虑U肋顶桥面板部分二期铺装。

4.采用公路车辆荷载加载，局部冲击系数为0.3。

图1： U肋横向分布系数（杠杆法）

图2：桥博V4 简支U肋模型

二、手算结果与桥博V4结果对比如下：

图3：跨中最大弯矩影响线加载与桥博4对比

1.由图3可知，跨中手算最大弯矩为84*0.4*2=67.2KN*m(未考虑汽车0.3冲击系数)，与桥博V4吻合考虑到汽车冲击系数（1.3）、车辆荷载组合系数（1.8）、结构安全系数（1.1），活载引起的设计弯矩为1.3*1.8*1.1*67.2=172.97KN*m，桥博计算结果见图5（包含恒载弯矩，但恒载弯矩较小），结果表明手算与桥博4计算结果一致。

图4：基本组合下跨中弯矩设计值

2.顶底缘正应力计算

由桥博V4和CAD对截面惯性矩进行求解对比，得到截面惯性矩（桥博V4有效截面宽度系数为1），Ix=0.0001668m⁴,形心距离上缘y_上=0.072439m, y_下=0.222561m,手算跨中翼板上缘正应力σx=My*y/Ix=172.97*0.072439/0.0001668=75Mpa(压应力)，下缘正应力σx=My*y_下/Ix=172.97*0.222561/0.0001668=230.8(拉应力)。桥博V4计算结果见图5：

图5：桥博V4跨中顶底缘应力计算结果

计算结果表明手算结果与桥博4计算结果吻合。

三、结论

1.桥博V4第二体系计算与手算结果相符。

2. 通过建立连续梁U肋模型，相比简支梁模型，连续梁跨中第二体系应力比简支梁跨中应力小约8%左右。

3. 通过建立梁格模型，梁格体系U肋跨中应力比简支梁U肋跨中应力小约14%左右。

4.采用简支梁U肋模型求解钢箱梁第二体系应力，结果偏安全。

参考文献

1、《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）

2、《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)

3、《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）

4、《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-2005）

5、《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）

6、《桥梁用结构钢》 （GB/T 714-2008）

张召辉：男，硕士研究生学历，工程师，从事桥梁设计工作

段传武：男，硕士研究生学历，工程师，从事桥梁设计工作

刘岳燕：男，本科学历，高级工程师，从事桥梁设计工作