波形钢腹板箱梁有效分布宽度分析
波形钢腹板箱梁有效分布宽度分析
摘要：为了研究超大断面波形钢腹板箱形截面梁这种钢混组合结构梁的整体承载能力，基于ansys有限元平台建立32m的等截面波形钢腹板箱梁，对其钢混组合结构梁在不同几何参数及加载方式下进行模型计算和对比，得到了各个不同参数下纵桥向的坐标-应力分布曲线，进而计算得到了各个敏感参数对有效分布宽度变化的重要系数，对于这种钢混组合结构箱梁的有效分布宽度计算与规范所给的公式进行了对比分析；基于对该结构有效分布宽度的计算，简化了桥跨节段模型试验的加载方式，使得加载数值与实桥加车状态相拟合。
关键词：波形钢腹板 有效分布宽度 敏感参数
1.1有效分布宽度的意义
根据某桥跨截面
桥面板在车轮荷载作用下，在桥面板的计算中，板在局部分布荷载p的作用下，不仅直接承压部分的板带参加工作，与其相邻的部分板带也会分担一部分荷载共同参与工作，需要确定所谓板的有效工作宽度a。
1）对板而言，以宽度为a的板条承受总弯矩，既满足总弯矩的要求。
2）对荷载而言，荷载只在a范围内有效且均匀分布，则荷载集度q=p/2ab
1.ansys有限元模型分析
2.1有限元模型的建立
在建立有限元模型过程中，混凝土板采用8节点钢筋混凝土实体单元solid65，每个节点有三个自由度，即x，y，z三个方向的线位移，波纹钢腹板采用4节点弹性壳单元shell63，每个单元有6个自由度，即x，y，z三个方向的平动自由度和绕x，y，z的转动自由度，图4为整体模型；由于混凝土和钢腹板之间是通过连接键进行连接的，假定连接件是固结，在建模过程中，将混凝土和波纹钢腹板的接触面进行共节点的耦合，从而解决了因混凝土单元和壳单元因自由度不同不能限制转动自由度的问题，如图5所示。对于钢腹板和混凝土材料均采用弹性分析，波纹钢腹板弹性模量取2.06e11pa，泊松比0.3，混凝土弹性模量取3.45e10pa。为了使节段试验模型桥面板加载效果接近实桥状态的受力状况，根据单向板要求建立梁段模型l=32m使其长宽比l/b>2.5，总共有10个波纹段，根据《公路桥涵及通用规范jtg d60-2004》施加超20级后轴单个车轮重p=70kn，考虑车轮与地面接触面积0.6×0.2m2。
为了研究波纹钢腹板厚度，高度，加载位置这些因素对桥面有效分布宽度的影响，在ansys模型中改变几何参数和加载位置，求出混凝土桥面板的最大正应力数值，绘出沿桥面板纵向的应力分布曲线，根据上式求得桥面板的有效分布宽度。
2.2.波形钢腹板厚度的影响
根据实际情况选取不同腹板厚度t1=14mm t2=18mm，t2=22mm，选定腹板高度并在跨中施加车轮荷载，得到如图6所示的应力分布
曲线，根据有效分布宽度计算公式得出三种腹板厚度下的有效分布宽度；
通过应力分布曲线可知，随着波纹钢腹板厚度的增大，两支承点的刚度逐渐增大使得桥面板跨中路径应力总和减小，应力峰值增大，有效分布宽度逐渐减小，对其数值计算，腹板厚度每增大1mm，对有效分布宽度减少约有1.3%。
2.3.波纹钢腹板高度的影响
选取不同腹板高度h1=2.12mm，h2=3.32m，h3=5.10m选定腹板厚度及加载位置，得到的应力分布曲线，进而得出三种截面高度下的有效分布宽度，
通过应力分布曲线可知，随着波纹钢腹板高度的增大，两支撑点的刚度逐渐减小使得桥面板跨中路径应力总和增大，应力峰值减小，有效分布宽度逐渐增大，对其数值计算可见，腹板高度每增大1m，对其有效分布宽度增大越有12%。
2.4.加载位置的影响
在统一截面梁上分别在桥面板跨中，l/4处，腹板支撑处及翼缘板处施加车轮荷载，由各个应力分布曲线计算不同荷载位置处的有效分布宽度，同时根据桥梁规范计算有效分布宽度，绘制单个车轮荷载作用下桥面板有效分布宽度。
由图11可知，有限元计算值除了悬臂板部分，其余值都比规范值偏大，可见，规范值相对于设计偏安全计算，规范指出悬臂板跨径过大时，板在车轮荷载下受力复杂，故不能使用该公式，一般c
值不大于2.5m，该截面悬臂板为3.75m属于变截面长悬臂板，所以规范值与实际值相差较大。
4结语
（1）本文通过ansys有限元计算得出波形钢腹板箱梁在不同腹板厚度，不同腹板高度，不同荷载位置下的纵向应力分布曲线，并通过有效分布宽度公式计算相应的有效分布宽度，进行数值对比分析。
（2）对于波形钢腹板组合箱梁有效分布宽度的影响因素主要有腹板厚度，腹板高度，加载方式，其中腹板厚度每增大1mm，对有效分布宽度减少约有1.3%；腹板高度每增大1m，对其有效分布宽度增大越有12%；单个车轮荷载下对桥面板的有限分布宽度比规范值较大。
参考文献：
[1]波形钢腹板组合箱梁的顶板横向受力有效分布宽度试验研究.中外公路，2009年29卷第5期；
波形钢腹板组合箱梁抗剪及抗弯分析
湖南大学
硕士学位论文
波形钢腹板组合箱梁抗剪及抗弯分析
姓名：刘志才
申请学位级别：硕士
专业：桥梁与隧道工程
指导教师：李立峰
20070516波形钢腹板组合箱梁抗剪及抗弯分析
II 摘 要
体外预应力波形钢腹板组合箱梁是一种新型的钢—混凝土组合结构，在日本
和法国得到了广泛应用。与传统的预应力混凝土箱梁相比，该结构具有自重轻、
受力明确、跨越能力大、施工周期短、造型美观等突出优点；与平钢腹板组合箱
梁相比，该结构不需要设置纵向加劲肋来防止腹板屈曲，且提高了预应力的加载
效率。 本文针对这种结构的弯曲受力性能，包括抗剪和抗弯两个方面进行了理论
分析和试验研究。主要做了以下工作：
（1）推导了波形钢腹板沿桥纵向刚度的计算公式，由此说明波形钢腹板对截
面轴向刚度和抗弯刚度的贡献可以忽略。
（2）两根梁的静载试验表明，波形钢腹板组合箱梁的弯曲正应变分布符合“拟
平截面假定”：波形腹板正应变为零，混凝土顶底板正应变则符合线性分布规律；
偏安全地可以认为波形腹板承担了截面上全部的剪力，剪应力沿梁高均匀分布。
同时分别基于弹性和塑性分析，定性地说明了波形钢腹板组合箱梁在抗弯方面的
优越性。
（3）采用小挠度线性理论，将局部屈曲和整体屈曲板件分别比拟成四边受剪
的矩形板和正交异性板，推导了各自的临界剪应力计算公式。参照美国Hamilton
教授的42个波形钢腹板试件的模型试验情况和试验结果，并对其进行了空间有限
元分析，分析中考虑了材料几何双重非线性的影响，对初始缺陷的取值方法及其
对屈曲荷载的影响、屈曲全过程也进行了详细研究。根据试验结果和有限元分析
值，提出了局部屈曲和整体屈曲的理论计算公式。
（4）基于截面的N－
M－
φ关系编制了波形钢腹板组合箱梁的受弯承载能力
全过程分析程序，并进行了一根梁的弯曲破坏试验，程序计算值与试验结果吻合
良好。
（5）采用受弯承载力全过程分析程序进行了大量的参数分析，包括体外索的
二次效应、有无跨中横隔板、跨高比及受拉区普通钢筋数量对结构极限承载力的
波形钢腹板混凝土组合箱梁基本力学特点分析
Ｂｒｉｄｇｅ鱼 Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ桥曜
波形钢腹板混凝土组合箱梁基本力学
特点分析
庞 凡．徐明远．谢寅涛 （中交第一公路勘察设计研究院有限公司．陕西西安７１００７５） 摘要：波形钢腹板ＰＣ组合箱梁是一种新型的结构形式。以国内外相关理论、试验研究以及实桥设计与施工资料的收集 分析为基础．结合计算得到波形铜腹板ＰＣ组合箱梁桥的构造及受力特点．分析得出该种桥型相对于顸应力混凝土箱梁桥诸 多的优越性 研究表明．该种箱梁结构形式充分利用了混凝土和波形钢板的材料特点，能够有效实现主梁的轻型化，进而减 轻下部结构的工程量．同时解决混凝土腹板出现斜裂缝的问题．方便施工。 关键词：波形钢；腹板：混凝土；箱梁 中图分类号：Ｕ４４３．３５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—４７８６（２０１３）１０—００８３—０２ Ｂａｓｉｃ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｗｅｂ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ
ＰＡＮＧ Ｆａｎ，ＸＵ Ｍｉｎｇ—ｙｕａｎ，ＸＩＥ Ｙｉｎ—ｔａｏ （ＣＣＣＣ １ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｃｏｎｓｕｌｔａｎｔｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉ ａｎ ７１００７５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰＣ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｂｏｘ ｇｉｒｄｅｒ ｗｉｔｈ ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ ｓｔｅｅｌ ｗｅｂｓ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｏ— ｍｅｓｔｉｃ ａｎｄ ｆｏｒｅｉｇｎ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｔｈｅｏｒｙ，ｔｅｓｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｒｅａｌ ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｓｉｇｎ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ， ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｗａｖｅｆｏｒｍ ＰＣ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｂｏｘ ｇｉｒｄｅｒ ｗｉｔｈ ｃｏｒ－ ｒｕｇａｔｅｄ ｓｔｅｅｌ ｗｅｂｓ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｔｙｐｅ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｃｏｎ— ｃｒｅｔｅ ｂｏｘ ｇｉｒｄｅｒ ｂｒｉｄｇｅ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ＳＨＯＷＳ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｂｅａｍ，ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｏｎ— ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｏｆ ｂｏｔｔｏｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ ｓｏｌｖｅ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｃｒａｃｋ ｐｒｏｂｌｅｍ ａｐｐｅａｒｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｗｅｂ ａｎｄ ｆａｃｉｌｉｔａｔｅ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ ｓｔｅｅｌ；ｗｅｂ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｂｏｘ ｇｉｒｄｅｒ １ 波形钢腹板ＰＣ组合箱梁桥的产生及概况 箱梁的抗弯刚度和抗扭刚度都非常大．能满足 施工过程中的一些稳定性要求．因此经常被用作 大、中跨径桥梁的主要结构形式。但是普通预应力 混凝土箱梁腹板面积将会占到箱梁总截面面积的 ２５％以上．过厚的腹板大大增加了箱梁自重．也降 低了桥梁的跨越能力。同时，由于上部结构过重， 也加大了下部结构的尺寸．增大了工程造价【”。为 解决普通预应力混凝土箱梁桥存在的此类问题．须 改用新型结构来减少其梁体的厚度．以减少混凝土 及钢筋的用量。箱梁的顶、底板厚度一般由其抗弯 要求决定．受结构承载力和施工过程制约．其厚度 的减少空间较小．而腹板面积的减少则完全有可 能 钢腹板预应力混凝土组合箱梁便是为实现桥梁 结构的轻型化而产生的 法国的设计研究机构首先对该问题进行了大量 研究．并提出用平钢板代替混凝土腹板．并采用体 外力预应力钢筋对梁体施加预应力［２１ 这种钢腹板组合箱梁的钢一砼组合结构形式看 上去非常合理，并且施工很简单．但平钢腹板承担 了相当大的预应力『３＿．对桥梁的预应力产生了很大 浪费．直接导致主梁上施加的大部分预应力会转移 到钢腹板上．不仅降低了桥梁主梁的有效预应力． 而且会因防止钢腹板应力过大而发生屈曲失稳．必 ２０１３年５月第１Ｏ期ｌ
箱梁底板有效宽度计算公式
箱梁底板有效宽度计算公式
在桥梁工程中，箱梁是一种常见的结构形式，其底板的有效宽度是一个重要的参数。有效宽度的计算对于箱梁的设计和施工具有重要意义。本文将介绍箱梁底板有效宽度的计算公式及其应用。
一、箱梁底板有效宽度的定义。
箱梁底板的有效宽度是指在计算箱梁受力时所采用的宽度。在实际工程中，箱梁底板的宽度可能会受到各种因素的限制，如支座条件、荷载情况、变形要求等。因此，需要对箱梁底板的有效宽度进行合理的计算和确定。
二、箱梁底板有效宽度的计算公式。
1. 根据规范。
《公路桥梁设计规范》中对箱梁底板的有效宽度计算给出了详细的规定。在一般情况下，箱梁底板的有效宽度可以按照以下公式进行计算：
b_eff = b 2a。
其中，b_eff为箱梁底板的有效宽度，b为箱梁底板的实际宽度，a为箱梁底板两侧的局部减薄厚度。
2. 考虑变形的影响。
在实际工程中，箱梁底板的有效宽度还需要考虑变形的影响。在一定荷载作用下，箱梁底板会发生一定的变形，这时需要考虑箱梁底板有效宽度的变形影响。一般情况下，变形对于箱梁底板的有效宽度的影响可以通过以下公式进行计算：
b_eff = b 2a 2δ。
其中，δ为箱梁底板在荷载作用下的变形量。 三、箱梁底板有效宽度的应用。
1. 结构设计。
在进行箱梁结构设计时，需要根据箱梁底板的有效宽度进行受力分析和计算。有效宽度的确定将直接影响箱梁结构的受力性能和安全性能。因此，合理地确定箱梁底板的有效宽度对于结构设计具有重要的意义。
2. 施工施工。
在进行箱梁施工时，需要根据箱梁底板的有效宽度确定模板支撑和浇筑工艺。有效宽度的确定将直接影响箱梁模板的搭设和浇筑施工的质量和效率。因此，合理地确定箱梁底板的有效宽度对于施工具有重要的意义。
四、结语。
箱梁底板的有效宽度是一个重要的参数，其合理的计算和确定对于箱梁的设计和施工具有重要的意义。在实际工程中，需要根据规范和实际情况综合考虑，确定合理的箱梁底板有效宽度。希望本文介绍的箱梁底板有效宽度计算公式及其应用对于相关工程技术人员有所帮助。
波形钢腹板箱梁畸变应力分析
第４１卷第５期
２０１１年９月 东南大学学报（自然科学版）
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＯＵＴＨＥＡＳＴ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖｏ１．４１ Ｎｏ．５
Ｓｅｐｔ．２０１１
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—０５０５．２０１１．０５．０３２
波形钢腹板箱梁畸变应力分析
杨丙文 黎雅乐 万 水 张建东
（ 东南大学交通学院，南京２１００９６） （ 江苏省交通科学研究院，南京２１００１７）
摘要：在箱梁理论的基础上，根据波形钢腹板箱梁的力学特性，对波形钢腹板箱梁由畸变引起的
翘曲正应力进行了研究．考虑到波形钢腹板具有褶皱效应，把波形钢腹板看作正交异性板，利用
波形钢腹板箱梁中各板元平面力系的平衡关系，推导出波形钢腹板箱梁的畸变控制微分方程．采
用弹性地基梁法解出波形钢腹板箱梁的畸变角和畸变双力矩，最终得到纵向畸变正应力．通过算
例对比分析相同截面的波形钢腹板箱梁和混凝土箱梁的畸变翘曲正应力，计算结果表明，波形钢
腹板箱梁相对普通混凝土箱梁的横向框架刚度较小，因此由畸变产生的翘曲正应力大于混凝土
箱梁的畸变翘曲正应力．
关键词：波形钢腹板；箱梁；力系平衡；畸变
中图分类号：Ｕ４４８．２１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１—０５０５（２０１１）０５—１０６５—０５
Ｓｔｒｅｓｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｂｏｘ ｇｉｒｄｅｒｓ ｗｉｔｈ ｃｏｒｒｕｇａｔｅ ｓｔｅｅｌ ｗｅｂｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｓｔｏｒｓｉｏｎ
Ｙａｎｇ Ｂｉｎｇｗｅｎ Ｌｉ Ｙａｌｅ Ｗａｎ Ｓｈｕｉ Ｚｈａｎｇ Ｊｉａｎｄｏｎｇ
（ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９６，Ｃｈｉｎａ） （ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１７，Ｃｈｉｎａ）
单箱双室箱梁的有效翼缘分布宽度研究
单箱双室箱梁的有效翼缘分布宽度研究
单箱双室箱梁的有效翼缘分布宽度研究
摘要：随着交通行业的发展和桥梁技术的进步，单箱双室箱梁在桥梁设计和工程中得到了广泛的应用。有效翼缘分布宽度是箱梁的重要参数，对桥梁结构的安全性和稳定性起着关键作用。本研究通过数值模拟和实验分析的方法，研究了单箱双室箱梁的有效翼缘分布宽度的影响因素及其内在机理，旨在为桥梁设计和工程实践提供科学依据和参考。
关键词：单箱双室箱梁，有效翼缘分布宽度，影响因素，数值模拟，实验分析
1. 引言
单箱双室箱梁是一种常见的桥梁结构形式，具有结构简单、构造紧凑、施工便捷等特点，广泛应用于公路、铁路等交通工程中。在设计单箱双室箱梁时，为了保证其安全性和稳定性，需要确定合理的有效翼缘分布宽度。
2. 单箱双室箱梁的有效翼缘分布宽度
2.1 有效翼缘分布宽度的定义
有效翼缘分布宽度是指箱梁顶板和底板两侧翼缘上的有效分布宽度。在设计中，需要根据桥梁结构的要求和荷载特点合理确定有效翼缘分布宽度。
2.2 影响因素
2.2.1 荷载特性
桥梁所承受的荷载特性是决定有效翼缘分布宽度的重要因素。包括静荷载、动荷载、车辆荷载等。在设计中，需要综合考虑各种荷载的特点和作用，确定合理的有效翼缘分布宽度。
2.2.2 箱梁结构参数 箱梁的结构参数，如横断面形式、侧墙高度、宽度等，对有效翼缘分布宽度也有一定的影响。不同参数下的箱梁结构对有效翼缘分布宽度的要求可能存在差异，需要进行综合分析和优化设计。
2.2.3 材料特性
材料的性质对有效翼缘分布宽度也有一定的影响。箱梁的材料特性包括强度、刚度、韧性等，直接关系到有效翼缘分布宽度的合理确定。
3. 有效翼缘分布宽度的研究方法
本研究采用数值模拟和实验分析相结合的方法，研究单箱双室箱梁的有效翼缘分布宽度及其影响因素。数值模拟采用有限元方法，建立单箱双室箱梁的数值模型，通过模型计算得到有效翼缘分布宽度。实验分析采用加载试验，通过加载测试得到有效翼缘分布宽度，并与数值模拟结果进行对比。
预应力混凝土组合箱梁桥波形钢腹板优化分析
第３５卷 第４期 ２０１１年８月 武汉理工大学学报（交通科学与工程版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （Ｔｒａｎｓｐｏｎａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ） Ｖｏ１．３５ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１１
预应力混凝土组合箱梁桥 波形钢腹板优化分析＊
单成林．
（华南理工大学土木与交通学院广州 ５１０６４０）
摘要：建立３种不同体系的波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥空间有限元计算模型，采用ＡＮ— ｓＹｓ参数化语言对钢腹板进行多约束条件下多设计参数的优化计算分析，寻求各设计参数的最佳 组合规律．结果表明，随着循环次数的增加，目标函数趋于理想值，而设计变量及状态变量也趋于 稳定，但目标函数值并非是最终取值时惟一考虑的因素，优化结果将提供多组满足约束条件的设计 参数；波形钢腹板剪切屈曲应力的理论计算值偏于保守；钢腹板的厚度在通常范围内偏小；在已有资
料范围内，波形钢腹板折叠角度及腹板与竖直面的夹角偏小，而波形钢腹板折痕间的长度则偏大． 关键词：组合桥梁；箱梁桥；优化分析；波形钢腹板；空间有限元 中圈法分类号：Ｕ４４８．２１ ６ ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—２８２３．２０１１．０４．０３８
由于波形钢腹板预应力组合箱梁桥具有许多 优点，正在广泛地用于各种桥梁结构，影响其关键
的受力部位波形钢腹板的参数众多口 ，这些参数
怎样结合使得整个箱梁受力最好，材料较省，这就
有必要对各种参数在满足各种材料强度、腹板稳
定等条件要求下，进行最佳组合，以达到对结构的
优化设计．本文采用３种不同结构形式的预应力
组合箱梁桥（４０ ｉｎ跨长简支箱梁桥、３５ ｍ＋５０ １ＴＩ
＋３５ ＩＴＩ三跨等高度及变高度连续箱梁桥）进行多
设计变量、多约束条件的优化计算分析，使之受力
最合理，材料最经济．
１ 波形钢腹板的优化原理
１．１设计变量（自变量）
波形钢腹板PC组合箱梁桥的受力性能分析
波形钢腹板PC组合箱梁桥的受力性能分析
目前,随着我国社会与经济的快速发展,桥梁的转型与升级不断向前推进,波形钢腹板PC组合箱梁充分利用了混凝土与钢材的材料特性,以其经济美观、自重较轻、预应力效率高等优点,获得了较快的发展。这种桥梁结构形式在欧美与日本等发达国家得到了广泛的应用,以波形钢腹板代替混凝土腹板显著减少了工程数量,方便施工,因此,我们需要研究波形钢腹板PC组合箱梁的受力性能,为以后的类似工程提供相关的技术与经验支持。
本文以邢台至衡水高速公路上的跨南水北调渠段的波形钢腹板桥梁为研究背景,主要做了以下研究工作:(1)总结了波形钢腹板PC组合箱梁桥的构造特征与受力特点,包括抗剪性能、抗弯性能、抗扭和畸变性能和连接键性能,比较分析了波形钢腹板PC组合梁桥优缺点,提出了本文的研究内容和技术路线。(2)以邢台至衡水高速公路上的跨南水北调渠段的波形钢腹板桥梁为研究背景,利用桥梁专业设计软件Midas/Civil建立有限元模型,给出了波形钢腹板箱梁进行强度验算时的分析方法,对其纵桥向、横桥向的力学性能进行了分析,对波形钢腹板桥梁正常使用极限状态与承载能力极限状态进行了设计计算。
(3)分析了波形钢腹板箱型桥梁的腹板剪切屈曲特征,研究了国内外桥梁波形钢腹板剪切屈曲的计算方法,并对各计算方法进行了对比分析,最后以邢台至衡水高速公路跨南水北调渠段的波形钢腹板桥为实例对三种剪切屈曲进行了计算,分析了波形钢腹板PC组合箱梁桥的稳定性能。(4)介绍了PBL连接键特点,总结了波形钢腹板组合箱梁连接键的分类,分别研究了国内外桥梁工程应用中主要的四种连接键特点以及抗剪承载力计算方法,结合工程实例分析了波形钢腹板与混凝土板之间的水平剪力,对顶底板混凝土与波形钢腹板连接键的受力情况进行了分析计算。
波 形 钢 腹 板 简 介
编辑版word 波 形 钢 腹 板 简 介
波形钢腹板PC组合箱梁是一种经济、高效、施工简便的新型钢-混凝土组合结构形式，这种结构彻底地解决了传统预应力混凝土箱梁腹板的裂缝问题，对于实现桥梁轻型化，美化桥梁景观，实现桥梁建设节能降耗和可持续发展具有重要的现实意义（1）结构重量比PC桥梁减轻约30% （2）采用体外预应力体系（3）钢腹板受力优于混凝土（4）收缩、徐变影响较大（5）钢板受压、加劲板较多波形钢腹板桥可以说完全解决了腹板开裂的问题，因为腹板是钢材抗拉、抗剪强度较高，跨中下挠不敢说完全解决至少会减少，因为体外索可以补张，相当于现在的很多桥的加固，大多是增加体外索。下面是波形钢腹板桥的优点：
顾名思义波形钢腹板预应力混凝土箱形梁就是用波形钢板取代预应力混凝土箱梁的混凝土腹板作腹板的箱形梁。其显著特点是用10mm左右厚的钢板取代厚30～80cm厚的混凝土腹板。鉴于顶底板预应力束放置空间有限，导致体外索的应用则是波形钢腹板预应力混凝土箱梁的第二个特点。
这两个构造特点使波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁与预应力混凝土箱梁桥相比有如下优点：经济效益显著，节省建筑材料：采用波形钢腹板代替厚重的砼腹板，减轻了上部结构的自重20～30%, 从而使使上、下部结构的工程量获得减少，降低了工程总造价。
1、提高预应力效率，改善结构性能：波形钢腹板的纵向刚度较小, 几乎不抵抗轴向力, 因而在导入预应力时不受抵抗, 纵向预应力束可以集中加载于顶、底板, 从而有效地提高预应力效率。
2、提高了材料的使用效率：在波形钢腹板PC 箱梁桥中, 砼用来抗弯, 而波形钢腹板用来抗剪，弯矩与剪力分别由顶、底板和波形钢腹板承担，其腹板内的应力分布近似为均布图形, 而非传统意义上的三角形, 有利于材料发挥作用。
3、提高了断面结构效率：波形钢腹板PC 箱梁桥中的砼均集中在顶、底板处, 回转半径几乎增加到最大值, 大大地提高了截面的结构效率。
波纹钢腹板箱梁的静力特性有限元分析
敬麒麟：波纹钢腹板箱梁的静力特性有限元分析 ３１
波纹钢腹板箱梁的静力特性有限元分析 敬麒麟 （新疆交通职业技术学院． 乌鲁木齐８３１４０１） 【摘要】 波纹钢腹板组合箱梁克服了预应力ＰＣ箱梁很多缺点，但是由于波纹钢腹板计算较为复杂，目前 对其模拟分析方法尚不统一，在此利用有限元软件Ａｂａｑｕｓ对波纹钢腹板箱梁进行仿真计算分析，探讨了波纹板、 预应力束和混凝土板的模拟方法，并在模型建立中考虑了波纹板与混凝土的实际接触特性，旨是对波纹钢腹板箱 梁的受力分析和设计计算结果更符合于实际。 【关键词】波纹钢腹板箱梁；应力特征；有限元；分析 【中图分类号】ＴＵ３９２．４ 【文献标识码】 Ｂ 【文章编号】 １００１—６８６４（２０１０）０７—００３１—０３ ＰＣ梁在桥梁中应用较为广泛，但ＰＣ梁存在腹板厚度 大、预应力传递效果差等缺点，为克服该缺点，采用平面钢 腹板代替厚重的混凝土腹板，这种断面结构虽然简单，但是 应用平面钢腹板却存在以下几个方面的问题：①由于平面 钢板的轴向刚度比较大，顶、底板的收缩、徐变产生的变形 会受到钢板的制约，导致混凝土翼板和钢腹板之间发生应 力重分配现象。②施加在顶、底板的预应力向腹板转移，多 达２０％一２５％，这样降低了预应力效率。③由于腹板轴向 压力的增加，需要增设加劲肋。 为了克服平面钢腹板的各种缺陷，１９７５年法国ＣＢ （Ｃａｍｐｅｎｎｏｎ Ｂｅｒｎａｒｄ）公司提出了采用波形钢板代替平面钢 板作为箱梁桥腹板的设想（如图１）。波形钢板在轴向呈折 叠形状，在轴向力作用下能够自由伸缩，这样上下翼板由于 收缩、徐变产生的变形不会受到很大的约束，导人到上下翼 板的预应力就不会被传递到腹板中，大大提高了预应力的 使用效率。波形钢腹板抗剪切屈曲的强度很高，抗剪要求 很容易满足，无需在腹板设置加劲肋。使用波形钢腹板还 有效地解决了预应力混凝土箱梁桥中腹板易开裂的问题。 １ 有限元计算模型 采用有限元软件Ａｂａｑｕｓ对波纹钢腹板箱梁进行为三维 有限元计算模型。为了减少计算单元数目，根据结构对称 性取半桥进行计算，在跨中对称截面上约束纵向水平位移。 主要材料参数为：主梁采用Ｃ５０混凝土，弹性模量为３．４５ Ｘ １０ ＭＰａ，容重为２．５ｔ／ｍ ；预应力钢索弹性模量为１．９５ Ｘ １０ ＭＰａ，容重为７．８５ｔ／ｍ ，锚下张拉控制应力为１３９５ＭＰａ； 钢腹板弹性模量为２．０６ Ｘ １０ ＭＰａ，容重为７．８５ｔ／ｍ 。 １．１混凝土模拟 混凝土主要采用六面体单元进行模拟。即采用 ＡＢＡＱＵＳ程序中的三维线性减缩积分单元（Ｃ３Ｄ８Ｒ）。从保 证计算精度和节省计算成本两方面考虑，除了极少部分形 状比较复杂的区域采用Ｃ３Ｄ４单元外，实体单元均采用 Ｃ３Ｄ８Ｒ单元（如图２），并在应力分布比较复杂的部位细分 网格，板厚方向单元划分不少于３层。
变截面波形钢腹板组合箱梁剪应力计算及分布规律研究
第２６卷第６期 ２０１０年１２月 结构工程师 Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ Ｖｏ１．２６，Ｎｏ．６ Ｄｅｅ．２０１０
变截面波形钢腹板组合箱梁剪应力计算
及分布规律研究
苏俭 ， 刘 钊
（１．上海市政工程设计研究总院，上海２０００９２；２．东南大学土木工程学院，南京２１００９６）
摘要利用微元体平衡方程，推导了适用于变截面波形钢腹板组合梁的剪应力计算公式。通过与实
体有限元进行比较，说明了推导的公式具有较好的精度。变截面波形钢腹板悬臂梁算例分析表明，变截
面梁的剪应力分布规律与等截面梁有较大差异，由腹板承担的部分剪力转移至底板上，使腹板剪应力大
大减小，而底板剪应力则显著增加。上述现象也会给变截面波形钢腹板箱梁的挠度计算带来较大影响，
值得引起注意。
关键词桥梁，波形钢腹板，变截面梁，剪应力
Ｓｈｅａｒ Ｓｔｒｅｓｓ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎ Ｎｏｎ．Ｐｒｉｓｍａｔｉｃ
Ｂｏｘ Ｂｅａｍｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｗｅｂｓ
ＳＵ Ｊｉａｎ ・ ＬＩＵ Ｚｈａｏ
（１．Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９２，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｆｉｎｉｔｅｓｉｍａｌ ｂａｌａｎｃｅ ｅｑｕａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｓｓ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｕｌａｓ ｆｏｒ ｎｏｎ—ｐｒｉｓｍａｔｉｃ ｂｏｘ
ｂｅａｍｓ ｗｉｔｈ ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ ｓｔｅｅｌ ｗｅｂｓ ｗａｓ ｄｅｒｉｖｅｄ．Ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｏｒｍｕｌａｓ ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｉｆｉｅｄ ｈａｖｉｎｇ ｇｏｏｄ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｂｙ