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鋼箱梁入門系列漫談(九)鋼箱梁為何要兩個體系疊加

  

對于鋼箱梁橋面板的計算有以下兩種方法

 

整體計算法

 

按照實際構造建立全橋各個構件,頂板系統、隔板系統、腹板系統等,再在建立的全橋模型中施加車隊荷載,必須是采用輪載的車隊荷載,輪載體現實際的輪壓,車隊荷載體現實際的行車荷載,進行多車道比選出最不利車隊荷載布置情況,最后根據板殼單元模型計算得到各個組成系統的應力

 

此時無需引入鋼箱梁三體系的概念,同樣也無疊加的概念。

 

這種方法同時考慮了主梁體系的整體受力和橋面板體系的局部受力的耦合關系。為了避免單元過多,一般采用多尺度的混合有限元計算,如下圖。

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基于多尺度的混合有限元整體計算 模型

 

只是這種設計方法,對于常規的梁橋設計,過程繁瑣,效率較低。

 

疊加計算法

 

通過上一篇回顧請戳此),我們知道了鋼箱梁的力流傳遞過程,鋼箱梁結構的頂板系統參與主梁體系(第一體系)與第二體系兩個傳力,傳力是同時進行的。

 

我們再來回顧下,第二體系和第一體系:

1)第二體系:將車輪荷載縱向傳遞給橫隔板,此效應必須考慮輪載特性。

 

2)第一體系(主梁體系):作為縱腹板主梁的上翼緣組成部分,頂板及縱向加勁肋參與主梁體系的受彎承載,同時主梁體系需要考慮剪力滯效應、局部穩定造成的有效寬度折減。此效應采用車隊荷載的等價活載—車道荷載。

 

兩個體系主要針對頂板,當然壓重區域底板也有兩個體系,兩個體系疊加原因是設計者計算時采用簡化的桿系模型計算第一體系(常規鋼箱梁計算先建立單梁模型,賦予截面特性,加載車道荷載及其他可變荷載)。

 

 

采用桿系模型的縱向計算中并不建立橫隔板(也沒法建立),忽略了頂板縱肋將力流引導到橫隔板的這個力流流向,因此需要額外計算頂板加勁肋被隔板支撐的第二體系,最后疊加,如下圖。

 

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歐洲規范 3  結構整體及局部效應模型

 

 

通常采用P-E法(具體可參考小西一郎《鋼橋》一書)、等效格子梁法簡化單梁法局部板殼單元法等計算第二體系。

 

后續我們將對第二體系的具體計算予以詳細論述。

 

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等效格子梁模型

 

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簡化單梁模型(PS:倒T肋應用于橋面板是好的構造設計嗎?)

 

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局部板殼模型

 

135編輯器

 

需要說明的是,兩個體系的概念對于混凝土橋梁同樣適用。只不過常規混凝土橋梁橋面板由于隔板很稀疏,橋面板是橫向傳力的橫向單向板,與縱向受力垂直,所以不需要疊加 。

 

在 π 形混凝土梁斜拉橋中一般設置為縱向單向板,這時需要疊加設計。

 

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國內某 π 形梁斜拉橋橫斷面

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國內某 π 形梁斜拉橋平面橫隔板布置圖

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韓國 Geobukseon Bridge
 

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