斜拉橋?qū)挿馄戒撓淞河行挾鹊奶接?/h1>
2012-07-28 08:26:04張四國張一卓
山西建筑 2012年8期
張四國 張一卓 謝 斌
(天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300051)
0 引言
近年來的大跨斜拉橋主梁多采用扁平鋼箱梁，故本文針對斜拉橋?qū)挿馄戒撓淞?，研究其剪力滯效?yīng)產(chǎn)生的原因，通過計(jì)算某斜拉橋主梁翼緣的有效寬度，為斜拉橋?qū)挿馄戒撓淞簲嗝娴脑O(shè)計(jì)提供參考。
1 剪力滯的概念及有效寬度的定義
薄壁鋼箱梁在外荷載作用下，由于上下翼緣板存在剪切變形，從而導(dǎo)致其寬度范圍內(nèi)彎曲應(yīng)力分布不均勻的現(xiàn)象，稱之為“剪力滯效應(yīng)”。剪力滯的概念一般僅適用于描述薄壁箱梁因受彎而引起的正應(yīng)力不均勻分布。這種應(yīng)力不均勻分布的程度通常用剪力滯系數(shù)λ來度量。此外，有效寬度也可以表示這種應(yīng)力不均勻的程度。有效寬度的定義(見圖1):由剪力滯現(xiàn)象引起的梁體翼緣部分撓曲應(yīng)力的不均勻表現(xiàn)在近腹板處最大(σmax)，中部逐漸減小一些。半梁(相當(dāng)于一個腹板的梁體截面)的有效寬度為:
2 斜拉橋?qū)挿馄戒撓淞杭袅?yīng)的原因
首先，斜拉橋的主梁是壓彎構(gòu)件，其翼緣彎曲應(yīng)力不均勻與腹板傳來的剪力有關(guān)。其次，斜拉橋?qū)挿馄戒撓淞涸谑軓澢耐瑫r，還承受強(qiáng)大的軸向力作用，軸力通過斜索的水平分力以集中力的方式不連續(xù)的作用于主梁，軸向力在擴(kuò)散過程中會使應(yīng)力分布不均勻。因此，斜拉橋主梁翼板應(yīng)力不均勻分布是由彎曲應(yīng)力不均勻，軸向應(yīng)力不均勻和斜拉索集中索力共同引起的。
3 某斜拉橋翼緣有效寬度的計(jì)算
分析了斜拉橋?qū)挿馄戒撓淞杭袅?yīng)產(chǎn)生原因，就有必要計(jì)算寬幅扁平鋼箱梁翼緣有效寬度用以指導(dǎo)設(shè)計(jì)。根據(jù)斜拉橋的受力特性，不能簡單套用國內(nèi)或者國外相關(guān)規(guī)范進(jìn)行有效寬度的計(jì)算?？紤]有效寬度僅適用于受彎構(gòu)件，僅計(jì)斜拉橋主梁彎曲應(yīng)力產(chǎn)生的剪力滯后效應(yīng)。
根據(jù)英國規(guī)范《鋼橋、混凝土橋及結(jié)合橋》[3]中附錄A有效寬度比的推算，采用等效簡支跨的概念，即在非簡支結(jié)構(gòu)中，可把連續(xù)梁的每兩零彎矩點(diǎn)間的區(qū)段當(dāng)作一等效的簡支跨，然后根據(jù)求解簡支梁有效寬度比的方法進(jìn)行計(jì)算。確定兩個相鄰彎矩點(diǎn)的距離，零彎矩點(diǎn)的位置應(yīng)當(dāng)和考察的特殊荷載形式相對應(yīng)。對于本文研究的斜拉橋而言，采用成橋階段的荷載作用下的主梁的彎矩零點(diǎn)作為等效簡支跨，索力作為集中力。
以某跨徑為310 m扁平鋼箱梁獨(dú)塔斜拉橋?yàn)槔?，該橋索?6 m，橋?qū)?2 m，梁高3 m。分別采用兩種斷面即有兩條縱隔板和無縱隔板斷面的兩種結(jié)構(gòu)，分別求出該橋部分索吊點(diǎn)處斷面的有效寬度。斷面如圖2，圖3所示。
從圖4中可以看到，兩種斷面的翼緣有效寬度有明顯的差別，有縱隔板的斷面的有效寬度總體比無縱隔板的要大。有效寬度在每個索吊點(diǎn)的截面都要大10%以上，最大有超過30%的?？梢娫摌蛟诔蓸螂A段的工況下，縱隔板對翼緣有效寬度的影響是斜拉橋扁平鋼箱梁斷面設(shè)計(jì)時需要重視的。
4 結(jié)語
1)斜拉橋?qū)挿馄戒撓淞鹤鳛閴簭潣?gòu)件，在設(shè)計(jì)時需要采用有效寬度的方法，對實(shí)際發(fā)生的非平截面情況做適當(dāng)?shù)男拚蛷浹a(bǔ)。
2)由于斜拉橋的受力特性，彎矩零點(diǎn)的位置在各種工況下是不同的，因此，斜拉橋扁平鋼箱梁需要尋求多種工況下的翼緣有效寬度，按照最不利的工況進(jìn)行有效寬度的選取。
3)在有條件的情況下，用三維的有限元程序?qū)π崩瓨虮馄戒撓淞旱氖芰η闆r進(jìn)行驗(yàn)算，考察其應(yīng)力不均勻程度，結(jié)合規(guī)范對翼緣的剪力滯效應(yīng)進(jìn)行分析，指導(dǎo)斷面的設(shè)計(jì)。
[1]嚴(yán)國敏.現(xiàn)代斜拉橋[M].成都:西南交通大學(xué)出版社，1996.
[2]裴岷山，郝 超.寬幅扁平鋼箱梁中縱隔板的作用分析[A].中國公路學(xué)會橋梁和結(jié)構(gòu)工程學(xué)會2001年橋梁學(xué)術(shù)討論會論文集[C].2001.
[3]BS 5400英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會.鋼橋、混凝土橋及結(jié)合橋[S].
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1 剪力滯的概念及有效寬度的定義
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2 斜拉橋?qū)挿馄戒撓淞杭袅?yīng)的原因
首先，斜拉橋的主梁是壓彎構(gòu)件，其翼緣彎曲應(yīng)力不均勻與腹板傳來的剪力有關(guān)。其次，斜拉橋?qū)挿馄戒撓淞涸谑軓澢耐瑫r，還承受強(qiáng)大的軸向力作用，軸力通過斜索的水平分力以集中力的方式不連續(xù)的作用于主梁，軸向力在擴(kuò)散過程中會使應(yīng)力分布不均勻。因此，斜拉橋主梁翼板應(yīng)力不均勻分布是由彎曲應(yīng)力不均勻，軸向應(yīng)力不均勻和斜拉索集中索力共同引起的。
3 某斜拉橋翼緣有效寬度的計(jì)算
分析了斜拉橋?qū)挿馄戒撓淞杭袅?yīng)產(chǎn)生原因，就有必要計(jì)算寬幅扁平鋼箱梁翼緣有效寬度用以指導(dǎo)設(shè)計(jì)。根據(jù)斜拉橋的受力特性，不能簡單套用國內(nèi)或者國外相關(guān)規(guī)范進(jìn)行有效寬度的計(jì)算?？紤]有效寬度僅適用于受彎構(gòu)件，僅計(jì)斜拉橋主梁彎曲應(yīng)力產(chǎn)生的剪力滯后效應(yīng)。
根據(jù)英國規(guī)范《鋼橋、混凝土橋及結(jié)合橋》[3]中附錄A有效寬度比的推算，采用等效簡支跨的概念，即在非簡支結(jié)構(gòu)中，可把連續(xù)梁的每兩零彎矩點(diǎn)間的區(qū)段當(dāng)作一等效的簡支跨，然后根據(jù)求解簡支梁有效寬度比的方法進(jìn)行計(jì)算。確定兩個相鄰彎矩點(diǎn)的距離，零彎矩點(diǎn)的位置應(yīng)當(dāng)和考察的特殊荷載形式相對應(yīng)。對于本文研究的斜拉橋而言，采用成橋階段的荷載作用下的主梁的彎矩零點(diǎn)作為等效簡支跨，索力作為集中力。
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2)由于斜拉橋的受力特性，彎矩零點(diǎn)的位置在各種工況下是不同的，因此，斜拉橋扁平鋼箱梁需要尋求多種工況下的翼緣有效寬度，按照最不利的工況進(jìn)行有效寬度的選取。
3)在有條件的情況下，用三維的有限元程序?qū)π崩瓨虮馄戒撓淞旱氖芰η闆r進(jìn)行驗(yàn)算，考察其應(yīng)力不均勻程度，結(jié)合規(guī)范對翼緣的剪力滯效應(yīng)進(jìn)行分析，指導(dǎo)斷面的設(shè)計(jì)。
[1]嚴(yán)國敏.現(xiàn)代斜拉橋[M].成都:西南交通大學(xué)出版社，1996.
[2]裴岷山，郝 超.寬幅扁平鋼箱梁中縱隔板的作用分析[A].中國公路學(xué)會橋梁和結(jié)構(gòu)工程學(xué)會2001年橋梁學(xué)術(shù)討論會論文集[C].2001.
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