正交异性板和钢箱梁 研究报告
06 构造正交异性桥面板分析
y
b
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0
w( x,
y)
m1
Am
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Bm
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Cm
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Dm
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ch
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fm ( y)sin
mx
l
正交材料异性板理论
取与各向同性板相同的坐标系，坐标轴x y、 平行于弹性主
方向，材料各方向的物理常数用带坐标下标表示，则其弯曲平衡微
E b
2w x 2
h0
(z
zx0 )2 b0dz
Dx
2w x 2
Dx1
2w y 2
Dx
2 i 1
D0i
E1ti
z
2 xi
E b
Ib0
Ab0
z
2 x0
2
2
D
x1
E1
i 1
I0i ti zxi z yi
各向同性板理论
(1)基本理论
同
性
薄
板
D Et3
12(1 2 )
众所周知的各向同 性薄板弯曲平衡微分方
4w 2
4w
4w q(x, y) / D
程为[1]（图）
x4 x2y 2 x4
M x
D
2w x 2
2w y 2
弯矩、剪力
t2 (z z x2 ) (z z y2 ) (z z y2 )dz
正交异性钢桥面铺装的问题及对策
中铁大桥科学研究院有限公司
超高性能混凝土系列研究之——正交异性钢桥面铺装的问题及对策
2.2、超高性能混凝土材料性能研究
技术特点 超高性能混凝土在桥梁结构中应用的技术特点
抗压强度和抗拉强度高 结构形式多样化、轻型化、薄壁化 缺陷少、耐久性能好 全寿命周期内成本较低 超高韧性 有利于提高结构的抗震和疲劳性能 工作性能好 施工、养护方便
1600
UHPC
C50
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
28d
56d
龄期
5 UHPC C50
4
3
2
1
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28d
龄期
56d
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收缩（10-6）
超高性能混凝土系列研究之——正交异性钢桥面铺装的问题及对策
2.2、超高性能混凝土材料性能研究
收缩
400
350
参照GB/T 50082-2009中第8
1、正交异性板和铺装层病害及原因分析
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1.1、正交异性钢桥面板和铺装层病害
虎门大桥
Байду номын сангаас
江阴长江大桥
苏通长江大桥
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杭州湾大桥
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1.1、正交异性钢桥面板和铺装层病害
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正交异性钢桥面板日照温度梯度效应研究
正交异性钢桥面板日照温度梯度效应研究桥梁结构受日照温度梯度效应的影响越来越受到工程界的关注。
我国最新颁布的《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)虽然给出了一种竖向温度梯度模式,然而我国幅员辽阔,桥梁结构形式各异,日照引起的温度效应在不同地区和不同形式结构上的分布和作用存在差异。
正交异性钢桥面板以其特有的经济和结构优势越来越多地应用于桥梁建设中。
但钢材导热性能强,梯度温度场分布对正交异性钢桥面板受力可能会有显著影响。
本文以湘江三汉矶大桥为工程背景,对正交异性板钢桥日照温度场和温度梯度效应进行研究。
本文主要内容和结论如下:(1)介绍了影响桥梁温度场的主要因素、传热学以及温度应力分析理论,并推导了有限元分析温度场方程。
(2)在夏季高温条件下对钢箱梁桥开展了 24小时温度实测,系统分析了日照作用下正交异性板钢箱梁面板、底板以及风嘴处上下斜腹板温度的分布特征和变化规律,并分析了U肋、风嘴处上下斜腹板和钢箱梁横隔板竖向温度梯度变化规律。
依据实测数据,采用线性函数和指数函数对钢箱梁日照竖向温度梯度进行了拟合。
研究表明:日照条件下,钢箱梁内存在明显的“箱室效应”,U肋温度梯度变化率大于横隔板温度梯度变化率,需采用分段函数拟合钢箱梁竖向温度梯度。
(3)将实测温度数据作为有限元分析的边界条件,建立了正交异性钢桥面板有限元分析模型并开展了温度场分析,获得了不同时刻温度场分布,并将弧形切口周围现场实测值与计算值进行了对比。
表明有限元方法和温度场计算假定的合理性。
(4)根据温度场分析结果,采用有限元方法获得了日照梯度温度场下正交异性钢桥面板温度应力大小,结果表明在正交异性钢桥面板部分构造细节处存在较大的温度应力,最大温度应力位于U 肋和横隔板连接焊缝最下端。
结果表明,梯度温度场对桥梁结构影响不容忽视,在研究、设计和施工中应当关注。
开口肋正交异性钢桥面疲劳设计参数研究
Ｆａ ｉｕｅ Ｄｅ ｉ ｎ Ｐａ ａ ｅ ｅ ｓｆ ｒ Ｏ ｒｈｏ ｒ ｐ ｃ Ｓ ｅ ｌＤｅ ｋｓ ｔｇ ｓｇ ｒ ｍ ｔ ｒ ｏ ｔ ｔｏ ｉ ｔｅ ｃ ｏ ｉ ｌ ａ ｂｌ－ ｔ ｙ ｄ Ｂｒｄ ｅ ｆＳ ｎｇｅ Ｐｌｎｅ Ｃａ ｅ Ｓ ａ ｅ ｉ ｇ ｓ
Ｙ ａ ｅ ， ＸＵＸ ｎ Ｑ Ａ Ｇ Ｓ ｉ ｏｇ， Ｈ Ｕ Ｓ ｗ ｉ Ｅ Ｈｕｗ ｎ ｕ ， ＩＮ ｈ ｈ ｎ ｚ Ｏ ｕ ｅ
（ｃｏｌ ｆ ｉｌ ｎ ｉ ｅｉｇ Ｓｕｈ ｅｔ ｉ ｔｎ ｎ ｅ ｉ ， ｈｎ ｄ １０ １ Ｃ ｉａ Ｓｈｏ ｏ ｖ ｇ ｅｒ ， ｏ ｔ ｓ Ｊ ｏｏｇＵ ｉ ｒ ｔ Ｃ ｅｇｕ６ ０ ３ ， ｈｎ ） Ｃ ｉＥ ｎ ｎ ｗ ａ ｖ ｓｙ
上， 分析 了 ３种开孔方式 、 造细节 、 构 横隔板厚度及铺装层厚度等因素对疲劳性能的影响． 研究 结果表 明： 横隔板
厚度和铺装层 厚 度 对 疲 劳 性 能 的影 响 很 大 ； 与钥 匙 形 和 圆形 相 比， 果 形 开 孔 结 构 的主 拉 应 力 最 小 ， 苹 为 １ ． Ｐ ， ３７ Ｍ ａ 疲劳 陛能最优 ． 建议开 口肋正交异性板构造横隔板厚度大于 １ ｍ， ６ｍ 并采用苹果形开孔方式． 关键词 ： 正交异性钢桥 面板 ； 单索面斜拉桥 ； 疲劳 ； 试验 ； 有限元分析
ｏ ｈ ｔ ｐｃｓ ｅ ｄ ｃ ｓ ｈ ｒ ｃｐｌｅ ｓ ｎｓ ｅｓ（ ３ ７ＭＰ ）ｎ ａ ｅａｐｅｓａｅ ｕｏｔ ａ ｅ ｒ ｏｒ ｉ ｔ ｌ ｅｋ．Ｔ ｅｐ ｎ ｉａ ｔｎｉ ｔ ｓ １ ． ａ ｅｒ ｈ ｐ ｌ． ｐ ｄｃｔ ｓ ｈ ｔ ｏ ｅ ｉ ｏ ｒ ｔ ｈ ｕｗ ｔ
钢箱梁桥面板第二体系挠度及应力的计算分析
钢箱梁桥面板第二体系挠度及应力的计算分析摘要：钢桥面板作为正交异性桥面板，不仅直接承受车轮荷载作用，而且作为主梁的一部分参与主梁共同受力，其力学行为十分复杂。
本文以某钢箱梁第二体系为研究对象，采用Midas-FEA NX实体仿真有限元软件建模，分别对比I截面加劲肋、梯形截面（U肋）加劲肋在不同加载位置时，钢箱梁桥面板第二体系应力及相对挠度的大小，从而得出钢箱梁桥面板第二体系计算中最不利的加载位置，为类似设计、计算提供参考。
关键词：钢箱梁第二体系应力正交异性桥面板0前言钢箱梁桥具有抗拉强度高、弹性模量高、材料利用率高、自重小、跨越能力强、施工工期短；工厂制作、现场安装质量可以保证；韧性、延性好，抗震性能好；材料能耗低、污染少，且可回收利用；钢桥整体受力性能好，拆除方便，对变宽、小半径桥梁适应能力强，在国内外工程中被广泛使用。
钢箱梁桥面板计算分析方法有两种。
一种是整体计算法，该方法采用有限元软件把所有结构建立出来，此方法比较接近实际受力，但建模过于复杂，对计算机要求较高，分析耗时较长，对于跨度大、桥梁宽、结构复杂的桥梁甚至达不到计算的程度。
另一种是叠加计算法，此方法是将钢箱梁三个结构体系分别进行计算，然后叠加近似求出结果。
钢箱梁各部件之间的传力比较明确，采用叠加计算法比较经济、快捷，本项目采用叠加计算法。
桥面板纵向加劲肋有I、L、T、梯形截面（U肋）、V、U等截面形状，L形截面、T形截面、U形截面工厂焊接量大，工地连接比较困难，V形截面受力较差，很少使用。
本文选用常用的I形截面和梯形截面（U肋）加劲板分别计算分析在不同加载位置时，钢桥面板在第二体系计算中最不利加载位置，为类似设计提供参考。
1桥梁概况某高速公路钢箱梁桥跨径为44+80+50m，平面位于圆曲线上。
桥梁按左右双幅布置，桥梁全宽度为25.2m，单幅桥宽为12.25m。
本桥采用双向六车道，桥梁设计荷载采用公路-Ⅰ级。
桥面铺装为10cm厚改性沥青混凝土，调平层为10cm 厚C50钢纤维防水混凝土，钢箱梁采用Q345qD钢材。
正交异性桥面板
目录第4 章虎门大桥正交异性钢桥面板疲劳问题研究 (2)4.1 绪论 (2)4.1.1 正交异性钢桥面板的发展概况 (2)4.1.2 正交异性钢桥面板的疲劳细节 (9)4.2 虎门大桥疲劳裂纹现状及成因 (18)4.2.1 虎门大桥疲劳裂纹现状 (18)4.2.2 虎门大桥疲劳裂纹的成因分析 (22)4.3 正交异性钢桥面板局部应力分析 (28)4.3.1 有限元分析模型 (28)4.3.2 单轮荷载作用下桥面板应力分布 (30)4.3.3 跨中加载时横隔板处应力分析 (33)4.3.4 轮压荷载接触面积的影响分析 (33)4.3.5 双轴作用下桥面板应力分布 (34)4.3.6 结论 (35)4.4 正交异性钢桥面疲劳裂纹加固方法研究 (36)4.4.1 桥面疲劳裂缝的位置和形式 (36)4.4.2桥面疲劳裂纹加固的方法 (37)4.4.3实际加固案例 (39)4.4.4结论 (43)4.5 正交异性钢桥面板构造细节疲劳强度的研究 (44)4.5.1 概述 (44)4.5.2 焊接连接的疲劳评估 (45)5.5.3 欧洲规范3有关疲劳强度规定 (47)4.5.4 肋板与桥面板的焊接连接的疲劳试验研究 (52)4.5.5 肋板与桥面板的焊接连接的试验数据统计分析 (61)4.5.6 结论 (65)4.6 小结 (65)参考文献 (66)第 4 章虎门大桥正交异性钢桥面板疲劳问题研究4.1 绪论4.1.1 正交异性钢桥面板的发展概况由于二战以后，德国钢材短缺，为节省材料，德国工程师建桥时采用了正交异性钢桥面板。
早在1934年，Leonhardt教授就对此类桥面板进行了试验，并开发了相关的计算分析方法。
正交异性钢桥面板采用钢板下设纵横肋，上设铺装层作为桥面，纵肋有开口和闭口两种形式，如图4.1-1所示。
正交异性钢桥面板在现代钢桥中被广泛应用。
图4.1-1 正交异性钢桥面板示意1) 正交异性钢桥面板的优点：正交异性钢桥面板具有：(1) 自重轻，（2）可作为主梁的一部分参与共同受力；(3) 极限承载力大；（3）适用范围广等优点。
正交异性钢桥面结构装配偏差影响分析及对策研究
正交异性钢桥面结构装配偏差影响分析及对策研究近年来,正交异性钢桥面板凭借其特殊的结构,在大跨度桥梁中的应用越来越普及。
然而,正交异性钢桥面结构在其现场装配过程中不可避免地会出现错边变形,在错口处产生应力集中,加剧钢桥面板的疲劳。
本文将对正交异性钢桥面结构存在装配偏差时疲劳性能进行探讨并对疲劳寿命进行研究。
为避免由于装配偏差产生过大应力集中现象,本文还将开展相应对策的研究来减小局部应力。
本文不仅具有非常现实的工程背景,而且有着重要的理论意义和实用价值,主要工作如下:1.阐述了正交异性钢桥面结构的研究现状,回顾了钢桥面板的疲劳理论,归纳了钢桥面板抗疲劳设计方法,介绍了现有的疲劳寿命评估方法,总结了应力集中系数的概念和应力集中对疲劳强度的影响。
2.针对正交异性钢桥面结构疲劳关注点开展应力历程分析,找出各关注点最不利加载位置;借助ANSYS子模型技术,建立顶板纵缝错台实体模型,对3种不同的错台宽度分别采用5种不同的坡度进行焊接,研究关注点处应力变化规律,基于S-N曲线探讨错台宽度和坡度对顶板疲劳寿命的影响;对顶板横缝错台采用直接对接的形式,分析对顶板疲劳寿命的影响。
3.借助ANSYS子模型技术,建立U肋装配偏差实体模型,探讨U肋装配偏差宽度对U肋底部和拐角处关注点应力和疲劳寿命的影响;对U肋与桥面板连接处进行网格尺寸讨论,确定最优网格化分尺寸,在最优网格尺寸条件下,研究U肋对接偏差宽度对关注点应力的影响。
4.针对正交异性钢桥面板出现的装配偏差问题进行对策研究,对顶板装配偏差采用铺装MPC和粘贴CFRP材料两种方法进行加固,研究加固材料厚度对关注点应力的影响;对U肋装配偏差问题采用U肋内部填充
材料和加强顶板铺装两种方式进行加固,分别探讨材料弹性模量对关注点应力的影响。
钢箱梁斜拉桥正交异性桥面板的受力性能
长安大学学报 (自然科学版) Journal of Changπan University (Natural Science Edition)
Vol . 27 No . 3 May. 2007
文章编号 :167128879 (2007) 0320052205
1 工程概况
本文以青岛海湾大桥红岛航道桥的正交异性钢 桥面板为例进行分析计算 。该桥为 4 跨连续半漂浮 体系独塔双索面钢箱梁斜拉桥 ,采用两幅分离的结 构形式 ,斜拉桥全长为 360 m ,桥跨布置为 60 m + 120 m + 120 m + 60 m 。主梁采用抗风性能好 、整体 性强 、线条美观的封闭式流线型扁平钢箱梁 ,梁宽 18. 5 m ,宽跨比 1 ∶6. 486 ; 主梁 在桥 面中 线处 高 3. 3 m ,高跨比 1 ∶37. 5 。索塔采用 H 形塔 ,桥塔高 60 m ;斜拉索采用稀索体系 ,呈竖琴形布置 。
图 4 顶板正应力沿横桥向分布
利用式 (1) 、式 (2) ,计算得出中间截面剪力滞系
数λ
=
σmax σ
=
211 051 181 8
= 11 12 。
Orthotropic deck perf ormance of steel box girder cable2stayed bridge
KON G Xiang2f u1 ,4 , ZHOU Xu2ho ng1 ,2 ,3 , D I J in1 , C H EN G De2lin1 , L Yao2xiu1
板宽 。
采用空间有限元全梁段板壳单元模型 ( 图 3) , 计算各个截面的剪力滞效应 , 模型两端所施加的荷 载见表 1 。
大型公路钢箱梁正交异性桥面板
１ 前言
缝 （ 向肋 和纵 隔板等 ） 纵 贯通 ， 隔板 与纵 向焊缝 、 横 纵 肋 下翼 缘相 交处 切割 成弧形 缺 口与其 避开 。
２ 正 交 异 性 钢 桥 面板 的疲 劳 及其 工 地 接 头 ． ２
构 造 细节 的改进
大型公路 钢 箱梁正 交异性 桥 面板工 地接 头 即箱 梁 节段 之 间的连接 ，过 去均采 用全 焊或 高强 度螺 栓 连接 。 全焊 连接 时 ， Ｕ形 肋嵌 补段 对接 焊和 肋角 角接 焊 均处 于仰焊 位置施 焊 ， 而仰 焊工作 条件 恶劣 ， 工 施
２０ 年 第 １ ０８ 期
（ ） 两个 试件 在 两种 轮载 作 用下 的 Ａ， ｃ三 ４ Ｂ，
点 的最大应 力 随轮 载位 置变化 而变 化 的曲线 可 以得 出以下 结论 ：
我国 《 公路桥涵设计通用规范》ＪＪ２ — ９ 规 （ ０ １８ ） Ｔ 定 的汽车 一 ２ 荷载 重 车的后 轴重 力 为 ２ １０ Ｎ 超 Ｏ级 ＂４ ｋ 即每 对车 轮 的重力 为 ７ ｋ ０ Ｎ。假 设 一对 轮载 为 ７ ｋ ０Ｎ
吉林 省路 通公 路工 程监 理咨 询有 限公 司 （ 长春 １０ ０ ） ０ ０ ３
【 内容摘要 】 本文结合工作经验， 对正交异性标面板 工地接头构造细节的演变进行论述 ， 并对该接 头的
足 尺试 件进行 了有 限元 分析 。
【 关键词 】 钢箱粱
正交异性 桥 面板
在 桥上 进行 节段 间 的工地连 接 。通常 所有 纵 向角焊
由于钢桥 面板不 可 能更换 ，产 生裂 纹 后修补 又
比较 困难 ，对 钢桥 面板构 造 细节 的设 计 和焊 接不 断
进行 了改 进 ，使得 钢桥 面板产 生 裂纹 的概率 大 大减