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82桥梁结构城市道桥与防洪2020年11月第11期D01:10.16799/ki.csdqyfh.2020.11.023波形钢腹板工字钢梁抗弯性能试验研究仁丽杰，林紫馨，姬厚真，黄佩，冯伦—大工，730100）摘要#传统的工字钢梁通常由顶板、底板和中部的平腹板焊接而成，由于腹板承受较大的竖向荷载，极易岀现弯曲变形，导致整体刚度下降，结构承载受到较大影响。
为了改善这一情况，研究了波形钢腹板工字梁在竖向荷载作用下的弯曲特性，通过有限元分析、理论计算和试验研究，得岀不同荷载值作用时相应的应变值和度值，通工字梁。
结1明，波形钢腹板工字梁有更大的抗弯极限承载％较大度地改善传统工字钢梁度过大的问题。
关键词：波形钢腹板；直腹板；工字钢梁；弯曲变形中图分类号：U443.3文献标志码：B文章编号：1009-7716（2020）11-0082-030引言波形钢作为桥梁腹板的应用在20出现。
2080年在出现了第一波形钢作为腹板的梁;2090年第一波形钢作为腹板的梁；同期，在的论中到了载的首波形钢腹板梁大;舜教授等人最早对此桥型进行了空间有限元分析；2005年，了第一波形钢腹板大桥。
波形钢腹板的弯曲、：、、曲和应的研究了一理论成。
在波形钢腹板PC中，由于波形钢腹板在向的应，不承受向: ,得顶板应，应钢用，大大了梁的受分析，在应结构中。
于上研究础及优点，采用了有限元分析软件Midas FEA波形钢腹板梁模试验,测其应变值，直腹板较分析。
1波形钢腹板试验模型设计与模型1.1钢梁模型建立与详情试验梁模标准跨径为1.4L,顶、底板宽度140mm,翼缘板厚度10mm,腹板高度120mm,波形钢腹板厚度3mm,单个波长130mm,波32mm,如图1示。
研究每个试验梁设置18个测点，分别于跨中及1/4跨设置。
中跨中和1/4跨径处分别设置9个测点，在试验梁的跨中处在顶板、底板分别粘贴3个应变片，腹板上粘贴3个应变片，跨径1/4处的应变片粘贴情况与跨中一图2测点编号（括号中为底板测点编号,括号外为顶板测点编号）1.2模型尺寸及测点图模型尺寸及测点图如图1、图2所示。
波纹钢腹板箱梁国内外技术现状注：本篇文章适用于土木工程、公路建设等专业人士及研究者。
波纹钢腹板箱梁，作为一种具有独特结构形式的钢桥梁，近年来得到了广泛的关注和应用。
那么，波纹钢腹板箱梁国内外的技术现状是怎样的呢？本文将就此问题进行分析。
一、波纹钢腹板箱梁的国内技术现状波纹钢腹板箱梁技术在我国的应用历史并不长，但其逐渐得到了广泛的推广和应用。
目前，我国的波纹钢腹板箱梁技术已经相对成熟，几乎所有桥梁设计单位都采用该技术进行设计。
此外，波纹钢腹板箱梁的制作在国内也得到了较大的发展，各大钢结构企业均已能够熟练制作波纹钢腹板箱梁。
在波纹钢腹板箱梁的设计方面，目前国内已建成的波纹钢腹板箱梁大多采用了简单支座、上部结构连续、下部结构简支的结构形式，在设计中注重了结构的合理性和施工的可行性。
在桥梁施工中，波纹钢腹板箱梁的施工困难度较大，但经过多年的实践和研究，我国钢结构企业和桥梁施工单位已具备了较为丰富的实际施工经验。
二、波纹钢腹板箱梁的国外技术现状在国外，波纹钢腹板箱梁技术的应用也逐渐增多。
目前，波纹钢腹板箱梁已在欧洲、美洲、亚洲等多个国家和地区得到应用。
这些国家和地区在波纹钢腹板箱梁的制作、设计和施工方面积累了丰富的经验和成果。
例如，在欧洲，波纹钢腹板箱梁主要应用于高速公路和铁路桥梁中，具备了较强的抗震、抗风等承载能力。
与此同时，欧洲的设计师还注重了波纹钢腹板箱梁的自重、施工工序等问题，力求使其经济、合理、安全。
在美洲，波纹钢腹板箱梁也有一定的应用。
例如，在墨西哥，波纹钢腹板箱梁被广泛应用于中小跨径桥梁，这些桥梁的施工及维护成本低，且能有效减少车辆行驶的震动。
三、结论综上所述，波纹钢腹板箱梁技术在国内外得到了广泛的推广和应用，各国在波纹钢腹板箱梁的设计、制作和施工等方面都有着自己的独到之处，但总体来说，该技术的应用前景依旧广阔，值得我们不断深入研究和应用。
总第３２３期交 通 科 技ＳｅｒｉａｌＮｏ．３２３ ２０２４第２期ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏ．２Ａｐｒ．２０２４ＤＯＩ１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１ ７５７０．２０２４．０２．０１５收稿日期：２０２３ １２ ０４湖北省交通运输厅科技项目（２０２０ ２ １ ３）资助第一作者：郭福宽（１９９０－），男，硕士，工程师。
ＵＨＰＣ ＮＣ混合梁连续刚构桥合理桥跨布置研究郭福宽 李 秋（中交第二公路勘察设计研究院有限公司 武汉 ４３００５６）摘 要 为了减轻自重提升跨越能力，文中提出将连续刚构桥主跨跨中普通混凝土（ＮＣ）替换成超高性能混凝土（ＵＨＰＣ），并开展其桥跨布置和经济性研究。
结果表明，恒载作用在总内力中占很大比重，故将恒载作用下墩顶弯矩平衡、边跨支座受压、结合段弯矩小等指标作为评价标准；当边主跨比犽１介于０．５５～０．７０区间，墩顶弯矩基本平衡，边跨支座受压且数值较低；此时，ＵＨＰＣ段长度与主跨跨径比值犽２介于０．３０～０．４０区间，结合段弯矩接近０，墩顶和ＵＨＰＣ跨中弯矩较低；与原桥方案相比，混合梁连续刚构方案材料总费用降低１１．４％。
因此，犽１和犽２分别介于上述两区间时，混合梁连续刚构桥能够达到良好的受力状态且具有经济性优势。
关键词 连续刚构桥 ＵＨＰＣ ＮＣ 桥跨布置 经济性中图分类号 Ｕ４４２．５＋４ 超高性能混凝土（ＵＨＰＣ）是过去３０年中最具创新性的水泥基工程材料，具有强度高、耐久性好、黏结性能好、收缩小等优点，被土木工程界广泛认为是最具潜力的建筑材料［１］。
利用超高性能混凝土的优点可以解决现有普通混凝土（ＮＣ）桥梁所面临的结构自重过大、跨越能力受限、抗裂性能差和耐久性不足等问题［２ ４］。
结合ＮＣ和ＵＨＰＣ材料性能、经济成本，以及现有桥梁结构的力学性能，已有一种新型混合桥梁结构，即在预应力混凝土连续刚构桥主跨跨中区域采用ＵＨＰＣ梁段替换原普通混凝土梁段，减轻跨中主梁重量，提升跨越能力。
第35卷第1期2024年3月广西科技大学学报JOURNAL OF GUANGXI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGYVol.35No.1Mar.2024波形钢腹板工字梁的等效计算模型及稳定性分析胡强，贾松林，陈劲飙（广西科技大学土木建筑工程学院，广西柳州545006)摘要：基于变形与应变能相等的原则，提出波形钢腹板工字梁的等效平直钢腹板计算模型。
通过波形钢腹板直板段与斜板段应变分析，推导了波形钢腹板工字梁及等效计算模型的应变能，建立等效惯性矩与等效扇性惯性矩，利用平直钢腹板工字梁的临界荷载计算公式，对波形钢腹板工字梁进行稳定性分析。
研究结果表明：该方法简单、便捷，对波形钢腹板工字梁的稳定分析准确、有效；建立的等效惯性矩与翘曲惯性矩仅取决于截面及波形钢板尺寸，不受工字梁的边界条件、跨径等因素的影响，具有良好的适应性。
关键词：波形钢腹板工字梁；等效计算模型；应变能；稳定性；临界荷载中图分类号：U448.212DOI:10.16375/ 45-1395/t.2024.01.0070引言随着桥梁结构的飞速发展，跨度不断增大，结构更为复杂，施工质量与各种病害等安全保障问题也随之而来[1-2]。
因此，力学性能优良、施工便捷、易于养护的桥型受到业界重视并得以大力发展。
其中，波形钢腹板钢结构因其自重小、预应力效率高、材料利用率高、易于实现装配化施工等特点，以及独特的弯曲特性、优秀的抗剪性能和稳定性，广泛应用于桥梁结构。
然而，波形钢腹板组合梁相互交替出现的斜板段与直板段产生的“褶皱效应”导致梁纵向、横向力学特性差异较大，准确、高效地计算梁的受力状态难度较大。
同时，波形钢腹板由于自身斜板段具有加劲肋的作用，在设计上一般不再加设横向加劲肋，这使得波形钢腹板工字梁的稳定性变得更为复杂。
对于波形钢腹板工字梁的稳定性，Lindner [3]针对梯形钢腹板工字梁进行扭转性能研究，认为截面的扭转常数与平腹板钢梁相同，但截面的翘曲常数存在较大差异，并提出截面翘曲惯性矩的计算公式。
平截面假定及其应用
郭月峰;黄国兴
【期刊名称】《福建建筑》
【年(卷),期】1999(000)003
【摘要】本文探讨了材料力学中的平截面假定的实质及精确性,并分析了该假定在钢筋砼结构设计、桥梁荷载横向分布计算以及桩基受力计算中的推广应用情况.【总页数】3页(P34-36)
【作者】郭月峰;黄国兴
【作者单位】泉州市公路局,362000;福州大学建筑设计院,350002
【正文语种】中文
【中图分类】TU31
【相关文献】
1.钢筋混凝土L形柱非线性分析时平截面假定适用性初探 [J], 陈娟
2.变截面波纹钢腹板连续刚构桥拟平截面假定试验研究 [J], 刘保东;李祖硕;胥睿
3.关于平截面假定的理解和验证 [J], 王英;彭丽;李文婷
4.波形钢腹板-混凝土组合箱梁截面变形的拟平截面假定及其应用研究 [J], 吴文清;叶见曙;万水;胡成
5.波纹钢腹板组合箱梁拟平截面假定的试验验证及破坏分析 [J], 袁世雷;李浪;伍敏;王清远;彭泽维
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永定河大桥主桥钢箱梁高腹板稳定性研究张为【摘要】The develop trends of domestic steel bridge are long span and special landscape requirements.Steel box girder is the main force structure bearing bridge deck load.The design method and requirement on steel box girder web stability are not disagreement at home andabroad.Especially on the deep web stability problem,the code applicable scope needs to be careful studied.Taking the steel box girder deep webs of main bridge of Beijing Yongding River Bridge on Chang'an Avenue West Extension Line as a research object,by using the fi nite element analysis method,the nonlinear buckling analysis of the second category stability was carried out.The analysis considered the stiffening rib structure and its stability requested by GB 50017—2003 Code for Design of Steel Structures and Japan steel structures code and other mainstream design codes.The unilateral cross rib scheme and bilateral cross rib scheme were comparative analyzed,fully considering the influence of welding residual stress and initial imperfection by using the finite element analysis method.The results show that the deep web stability of the bridge meets design and application requirement.%国内钢结构桥梁逐步向大跨、满足景观要求等方向发展.钢箱梁作为桥面荷载的主受力结构,针对其腹板稳定性验算问题,国内外各规范给出的设计方法不尽相同,尤其是对于高腹板稳定性问题,规范适用范围尚需深入探讨.本文以长安街西延永定河特大桥主桥钢箱梁腹板为研究对象,综合我国GB 50017—2003《钢结构设计规范》、日本钢桥规范等主流设计规范中给出的加劲肋构造和稳定性验算要求,对比分析了单侧横肋和双侧横肋2种设计方案,并利用有限元分析方法,在充分考虑焊接残余应力和初始缺陷影响的情况下,进行第2类稳定非线性屈曲分析.结果表明该桥的腹板稳定性满足设计使用要求.【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2018(058)003【总页数】5页(P1-4,18)【关键词】城市桥梁;永定河大桥;稳定性;有限元分析;钢箱梁;高腹板【作者】张为【作者单位】北京市市政工程设计研究总院有限公司,北京 100082【正文语种】中文【中图分类】U448.27长安街西延永定河特大桥位于“神州第一街”长安街与北京“母亲河”永定河的交汇处。
p钢-混凝土组合(箱)梁桥建设成套技术研究p钢-混凝土组合(箱)梁桥建设成套技术研究钢-混凝土组合（箱）梁桥建设成套技术研究报告简本1引言波纹钢腹板预应力组合箱梁是国外新兴的一种桥梁结构形式，它是由混凝土顶底板、体外预应力筋和波纹钢腹板三者构成的组合结构，是对传统的混凝土桥梁的一种改进。
自从1986年在法国建成了世界上第一座波纹钢腹板体外预应力组合梁桥——Cognac桥后，波纹钢腹板预应力组合箱梁桥作为一种新型的桥梁结构得到了国内外工程界的广泛关注，日本、德国、美国、英国、加拿大、韩国等国家先后针对此种桥型开展了相关的学术研究和工程实践。
至今，法国、日本等国家先后有几十座简支梁、连续梁、连续刚构和斜拉桥等不同结构体系的波纹钢腹板体外预应力组合梁桥建成使用，取得了良好的社会和经济效益。
图1-1 波纹钢腹板预应力组合箱梁结构示意图与普通混凝土腹板箱梁相比，它恰当地将钢、混凝土结合起来，应用混凝土顶底板抗弯、波纹钢腹板抗剪，充分发挥了材料的使用效率，又由于波纹钢腹板的折叠效应，纵向预应力的使用效率增加，提高了结构的强度和稳定性，降低了成本。
该结构自重轻，运输和吊装方便，施工工期短，经济美观，综合优势突出，而且可以解决现在很多大跨连续梁或连续刚构中出现的混凝土腹板开裂问题，提高结构的耐久性。
目前，我国正处于公路桥梁建设的高峰期，同时建设资金又相对匮乏，波纹钢腹板预应力组合箱梁桥正具备缩短工期、降低成本、提高效益等多项优点，应该说是我国桥梁建设中一种较好的选择。
但由于我国研究的起步较晚、国外设置技术保护等原因，使得国内该桥型的应用远远落后于发达国家。
因此，开展“钢－混凝土组合（箱）梁桥建设成套技术研究”项目研究是及时的和必要的，它将为我国波纹钢腹板预应力组合箱梁桥的推广和应用提供强有力的技术支持与可靠保障。
“钢－混凝土组合（箱）梁桥建设成套技术研究”系交通部2004年度西部交通建设科技项目，由交通部公路科学研究院、清华大学、长安大学、北京交通大学、哈尔滨工业大学、广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院、青海省公路建设管理局共同承担。
波形钢腹板箱梁扭转与畸变研究综述发布时间：2022-07-14T07:22:28.035Z 来源：《城镇建设》2022年5卷第3月第5期作者：陈启财[导读] 箱梁截面桥由于其优异的截面特性及其完善的施工技术,目前在中国大桥施工中获得了普遍的运用陈启财重庆交通大学重庆市 400000摘要：箱梁截面桥由于其优异的截面特性及其完善的施工技术,目前在中国大桥施工中获得了普遍的运用。
波形钢腹板箱梁桥在偏心荷载影响下产生的扭转和畸变效应及其对桥梁的影响,这一问题目前也引起了工程技术人员的广泛关注。
本文在阐述了当前的对波形钢腹板箱桥梁扭转和畸变的主要研究状况、研究方法的基础上,还列出了对波形钢腹板箱梁桥的扭转与畸变产生影响的主要原因,并力求使工程有关技术人员对波形钢腹板箱梁桥的扭转和畸变能有—些认识。
关键词：箱梁；波形钢腹板；扭转；畸变；引言箱型截面梁具有优良的结构及受力性能,所以在桥梁工程中得到了广泛的应用。
然而,传统混凝土箱梁由于自重大,导致跨径受限,且恒载占控制截面内力的比重过大,不够经济,且混凝土腹板在施工及后期使用过程中容易开裂,容易降低整体结构的刚度及耐久性,严重威胁桥梁结构安全,同时也会大幅增加后期维修和养护费用,使得传统混凝土箱梁桥包括后期养护成本在内的建设总成本居高不下。
为了克服钢筋混凝土箱梁的建设和应用过程中存在的上述不足,设计者提议用波形钢腹板取代普通钢筋混凝土箱梁上的腹板,合理的把土木工程上应用比较普遍的钢材和混凝土二类不同材料组合起来,发挥了混凝土抗压性能和钢材的抗拉性能,大大提高了构件的刚度、稳定性和材料的有效利用率。
由此产生一种新型的桥型技术-波形钢腹板箱梁。
因为波形钢腹板PC组合箱梁是以波形型钢为箱梁的腹板,与比较于常规的预应力砼箱梁相比,其抗扭刚度得到了相当大的削弱,使得在偏载作用下波形钢腹板箱梁的扭转和畸变作用更为突出,因此此文主要归纳了国内外关于波形钢腹板箱梁扭转和畸变的有关情况,并力求使建筑工程专业技术人员对波形钢腹板箱梁桥的扭转和畸变能有—些认识。
大跨径连续刚构设计指南(JTG D62-2004)目录1 总则262 作用272.1作用及其组合 (27)2.2设计中必须重点考虑的几个作用 (27)3 持久状况承载能力极限状态计算 293.1永久作用内力的计算 (29)3.2主梁正截面承载能力极限状态计算 (29)3.3主梁斜截面承载能力极限状态计算 (29)3.4箱梁的剪力滞效应 (29)4 持久状况正常使用极限状态计算 304.1抗裂验算 (30)4.2挠度的计算与控制 (31)4.3计算参数的取用 (33)5 持久状况和短暂状况构件的应力计算345.1正截面应力计算与控制 (34)5.2主拉应力计算与控制 (34)5.3箱梁横向计算 (35)5.4必要时进行有效预应力不足的敏感性分析 (36)6 构造及施工措施 376.1箱梁一般构造尺寸的规定 (37)6.2墩身一般构造尺寸的规定 (38)6.3普通钢筋的构造要求 (40)6.4预应力的构造要求 (42)6.5施工措施 (44)6.6其他方面 (46)7 条文说明23附件1 52附件2 571.1 目的为避免大跨径预应力混凝土连续刚构桥在运营期出现跨中下挠、腹板斜裂缝、底板裂缝等病害，特制定本指南。
在制订时，充分吸取了现有大跨径混凝土连续刚构存在的跨中下挠、腹板斜裂缝、底板裂缝等病害教训，从而提出主梁的一些应力控制指标，以及改进缺陷的一些经验措施，作为《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）的补充。
1.2 适用范围本指南适用于新的大跨径、变截面、预应力混凝土连续刚构桥的设计，有关旧桥加固设计见《大跨径预应力混凝土连续刚构加固指南》。
2.1 作用及其组合按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）中的相关条款进行。
2.2 设计中必须重点考虑的几个作用2.2.1结构自重和预应力考虑结构自重和预应力时，宜计入施工规范容许范围内的误差对结构的影响。
2.2.2 活载活载按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）取用。
第41卷第1期2017年2月北京交通大学学报J O U R N A L O FB E I J I N GJ I A O T O N G U N I V E R S I T YV o l.41N o.1F e b.2017文章编号:1673-0291(2017)01-0028-06D O I:10.11860/j.i s s n.1673-0291.2017.01.005变截面波纹钢腹板连续刚构桥拟平截面假定试验研究刘保东,李祖硕,胥睿(北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044)摘要:设计制作了3跨单箱单室变截面波纹钢腹板连续刚构桥试验模型,结合试验和有限元数值模拟,对变截面波纹钢腹板连续刚构桥的 拟平截面假定 进行研究.结果表明:当波纹钢腹板箱梁受弯矩作用时,波纹腹板的轴向抗力可以忽略不计,弯矩基本都由顶底板共同承担;试验梁中跨3/ 8㊁1/4截面沿梁高度纵向应变分布趋势与中跨1/2截面基本一致;中跨支座截面沿梁高度纵向应变方向与中跨1/2㊁3/8㊁1/4截面相反,且顶底板应变基本相同;中跨1/2截面和中跨支座截面应变分布满足 拟平截面假定 ,中跨3/8㊁1/4截面不符合该假定,但从中跨1/4截面到1/2截面的应变分布趋于吻合该假定.关键词:桥梁工程;波纹钢腹板;拟平截面假定;模型试验;有限元分析中图分类号:U443.5;U448.36文献标志码:AE x p e r i m e n t a l s t u d y o n t h e Q u a s i p l a n e a s s u m p t i o no f v a r i a b l ec r o s s-s e c t i o n c o n t i n u o u s r i g id f r a me b r i d g ew i t h c o r r u g a t e d s t e e l w e b sL I UB a o d o n g,L IZ u s h u o,X UR u i(S c h o o l o fC i v i l E n g i n e e r i n g,B e i j i n g J i a o t o n g U n i v e r s i t y,B e i j i n g100044,C h i n a)A b s t r a c t:At h r e e-s p a ns i n g l e c e l l b o xv a r i a b l e c r o s s-s e c t i o nc o n t i n u o u s r i g i d f r a m eb r i d g em o d e lw i t h c o r r u g a t e d s t e e lw e b s i sd e s i g n e da n dc o n s t r u c t e d.C o m b i n i n g t h e e x p e r i m e n t sw i t h f i n i t e e l e m e n tn u-m e r i c a l s i m u l a t i o n,t h eQ u a s i p l a n e a s s u m p t i o no f v a r i a b l e c r o s s-s e c t i o nc o n t i n u o u s r i g i d f r a m eb r i d g e w i t h c o r r u g a t e d s t e e l w e b s i s s t u d i e d.T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e a x i a l s t i f f n e s s o f c o r r u g a t e d s t e e l w e b s i s n e g l i g i b l e a n do n l y t h eu p p e ra n dl o w e rc o n c r e t e f l a n g e sa r ee f f e c t i v e l y c o n s i d e r e dt or e s i s t t h ea x i a l f o r c e s a n db e n d i n g m o m e n t s;t h e l o n g i t u d i n a l s t r a i nd i s t r i b u t i o n s a l o n g t h e d e p t ho f3/8a n d1/4m i d-s p a n s e c t i o n s a r e s i m i l a r t o t h a t o f1/2m i d-s p a n s e c t i o n;t h e l o n g i t u d i n a l s t r a i n d i r e c t i o n a l o n g t h e d e p t h o f i n n e r b e a r i n g s e c t i o n i s c o n t r a r y t o t h a t o f1/2,3/8a n d1/4m i d-s p a n s e c t i o n s,a n d t h e s t r a i n v a l u e o f t h e r o o f a n d f l o o r a r e b a s i c a l l y s a m e;t h e s t r a i nd i s t r i b u t i o n s o f1/2m i d-s p a n s e c t i o n a n d i n n e r b e a r i n g s e c t i o no b e y t h eQ u a s i p l a n e a s s u m p t i o n,w h i l e t h a t o f3/8a n d1/4m i d-s p a n s e c t i o n s d o n o t a c c o r dw i t h t h eQ u a s i p l a n e a s s u m p t i o n;t h e s t r a i n d i s t r i b u t i o n o f t h e p a r t b e t w e e n t h e1/4m i d-s p a n s e c t i o n a n d1/ 2m i d-s p a n s e c t i o n t e n d s t o o b e y t h e a s s u m p t i o n.K e y w o r d s:b r i d g e e n g i n e e r i n g;c o r r u g a t e ds t e e lw e b;Q u a s i p l a n e a s s u m p t i o n;m o d e l t e s t;f i n i t e e l e m e n t a n a l y s i s收稿日期:2015-09-30基金项目:国家自然科学基金资助项目(51278031)F o u n d a t i o n i t e m:N a t i o n a lN a t u r eS c i e n c eF o u n d a t i o no fC h i n a(51278031)作者简介:刘保东(1967 ),男,河北廊坊人,教授,博士,博士生导师.研究方向为组合桥梁和结构抗震.e m a i l:b a o d o n g l i u@v i p.s i n a.c o m.引用格式:刘保东,李祖硕,胥睿.变截面波纹钢腹板连续刚构桥拟平截面假定试验研究[J].北京交通大学学报,2017,41(1):28-33.L I U B a o d o n g,L I Z u s h u o,X U R u i.E x p e r i m e n t a l s t u d y o n t h eQ u a s i p l a n e a s s u m p t i o no f v a r i a b l e c r o s s-s e c t i o n c o n t i n u o u s r i g i df r a m eb r i dg ew i t hc o r r u g a t e d s t e e lw e b s[J].J o u r n a l o fB e i j i n g J i a o t o n g U n i v e r s i t y,2017,41(1):28-33.(i nChi n e s e)波纹钢腹板连续刚构桥和常规混凝土腹板桥梁相比,最明显的特点是用波纹钢腹板代替了混凝土腹板,其截面受力性能也发生了改变,混凝土主要承担弯矩,而波纹钢腹板主要承担剪力,充分发挥了混凝土和钢材各自的特性[1-2],同时减小了桥梁的自重,提高抗震性能,外形美观,具有较好的经济与社会效益[3-4].钢筋混凝土构件中 平截面假定 在计算截面弯曲应力和应变的计算中得到广泛的应用,其正确性也得到普遍认可,对于一般的钢筋混凝土桥梁,截面弯曲应力和应变时普遍采用 平截面假定 进行理论计算[5],但对于波纹钢腹板组合箱梁而言,由于材料的特点,波纹钢腹板抗弯性能比混凝土腹板弱,因此在进行波纹钢板腹板组合箱梁的弯曲内力和应变计算时, 平截面假定 是否适用需要进行验证.吴文清等进行等截面波纹钢腹板简支组合箱梁的模型试验研究,对比分析了波纹钢腹板简支组合箱梁的截面变形和 平截面假定 的关系,提出了 拟平截面假定 理论,并证实了该理论的可行性和精确性[6].但并未对变截面波纹钢腹板连续刚构桥在荷载作用下截面变形是否符合 拟平截面假定 理论进行验证.本文作者通过理论分析 拟平截面假定 存在的依据,设计对称加载试验探究变截面波纹钢腹板连续刚构桥 拟平截面假定 的适用情况,并辅以有限元数值模拟方法对该问题进行深入研究.1试验模型和试验方案试验依托变截面波纹钢腹板连续刚构桥试验模型,模型为2.4m+3.6m+2.4m的三跨变截面连续刚构桥,箱梁截面高度变花范围33~49c m.梁体和桥墩之间通过钢构件实现墩梁固结.试验采用H R B335钢筋为受力钢筋,采用R235钢筋为构造钢筋,采用ϕj15.2钢绞线为预应力钢筋,采用Q235钢板加工成波纹钢板.梁体采用C40混凝土浇筑,桥墩采用C30混凝土建造.1.1模型构造模型梁体类型采用单箱单室,在梁体端部和桥墩上部梁体内布置混凝土横隔板,主梁的构造如图1所示.波纹钢腹板箱梁支座处和中跨跨中横截面详细尺寸构造如图2所示.波纹钢板在工厂中制作而成,其详细几何参数如图3所示.波纹钢腹板与混凝土顶底板之间用剪力钉连接,其规格为G B/T1043313ˑ40.图1主梁1/2立面图(单位:mm)F i g.11/2E l e v a t i o nd r a w i n g o f g i r d e r(u n i t:mm )图2模型桥箱梁横截面(单位:mm)F i g.2 S e c t i o no f g i r d e r o fm o d e l b r i d g e(u n i t:mm )图3波纹钢腹板几何尺寸图(单位:mm)F i g.3G e o m e t r i c s i z e o f c o r r u g a t e d s t e e lw e b(u n i t:mm)1.2应变测点布置使用静态数据采集系统D H3815和D H3816测量应变,波纹钢腹板箱梁的顶板㊁底板粘贴纵向应变片,钢腹板粘贴45ʎ三相应变花.图4和图5为箱梁的顶板㊁底板纵向应变片布置情况.波纹钢腹板箱梁横断面应变测点布置如图6所示,顺时针方向依次编号为1~16#测点.图4箱梁顶板应变测点布置(单位:mm)F i g.4 S t r a i nm e a s u r i n gp o i n t l a y o u to f t h e r o o f o f b o x g i r d e r(u n i t:mm)92第1期刘保东等:变截面波纹钢腹板连续刚构桥拟平截面假定试验研究图5 箱梁底板应变测点布置(单位:mm )F i g .5 S t r a i nm e a s u r i n gp o i n t l a y o u t o f t h e f l o o r o f b o x g i r d e r (u n i t :mm )图6 波纹钢腹板箱梁横断面应变测点布置(单位:mm )F i g .6 C r o s s s e c t i o n s t r a i nm e a s u r i n gpo i n t l a yo u t o f b o x g i r d e rw i t hs t e e lw e b s (u n i t :mm )1.3 加载方案试验采用图7所示的4点对称加载.分8级加载,每级增加10k N ,每增加一级荷载静置5m i n 后读取相关数据并观察箱梁开裂等情况,至80k N 时停止加载.图7 对称加载示意图(单位:mm )F i g .7 S c h e m a t i c d i a g r a mo f s ymm e t r i c a l l o a d (u n i t :mm )2 波纹钢腹板轴向受力分析由于波纹钢腹板构造形态呈波折型的特点,在轴向力P 的作用下具有 手风琴 效应,容易被压缩,沿轴向力方向的变形较大,其几何尺寸标注如图8所示.图8 波长范围内波纹钢腹板参数F i g .8 P a r a m e t e r s o fw a v e l e n gt h r a n g ew i t hc o r r u g a t e d s t e e lw e b s 根据材料力学的变形计算方法,可求得波纹钢腹板轴向有效弹性模量表达式[7]为E x =12E 0I h 2(3b +c )b +dt=b +d 3b +c E 0t h æèçöø÷2=β㊃E 0t h æèçöø÷2(1)式中:b ㊁c ㊁d ㊁h 为波纹钢腹板单个水平段㊁倾斜段㊁倾斜段水平投影和竖向投影的长度;t 为波纹钢腹板厚度;β=b +d3b +c;E 0为普通钢材的弹性模量.由此可知:E x /E 0=βt /h ()2(2) 由σ=ε㊃E 可知在实际桥梁中,截面产生相同位移应变时,波纹钢腹板与混凝土腹板的轴向抵抗应力比值为σ1/σ2=E x /E c =(E 0/E c )βt /h ()2(3)式中:E c 为混凝土的弹性模量.取国内外典型波纹钢腹板桥梁进行研究,计算出波纹钢腹板与平直钢腹板的弹性模量比值和波纹钢腹板与混凝土腹板产生相同位移时的轴向抵抗应力比值如表1所示.表1 典型波纹钢腹板组合箱梁桥计算结果T a b .1 C a l c u l a t i o n r e s u l t s o f t y p i c a l b o x g i r d e r b r i d g ew i t hc o r r u ga t e d s t e e lw eb 桥梁名称直板长b /mm 斜板长c /mm 斜板纵向投影长d /mm板厚t /mm 波高h /mm钢材弹性模量E 0/M Pa 混凝土弹性模量E c /M Pa E x /E 0σ1/σ2日本本谷桥33033027082002.06ˑ1053.60ˑ1047.27ˑ10-44.16ˑ10-3青海三道河430370270122202.06ˑ1053.45ˑ1041.25ˑ10-37.46ˑ10-3模型试验梁62.562.5502.537.52.00ˑ1053.39ˑ1042.00ˑ10-31.18ˑ10-2由表1可知,在实际运用中,波纹钢腹板弹性模量比一般钢材弹性模量低3~4个数量级,产生相同应变时,波纹钢腹板轴向抵抗应力比混凝土腹板轴向抵抗应力低2~3个数量级,综上可知,波纹钢腹板箱梁桥在实际受力过程中,波纹钢腹板抗弯能力较小,其轴向抵抗力可以忽略不计,所以认为桥梁所受弯矩仅由混凝土顶底板共同承担.3 试验结果与分析由以上分析可以看出,由于纵向的褶皱效应明3北 京 交 通 大 学 学 报 第41卷显,波纹钢腹板在沿纵桥方向上的应力值近似于零,因此波纹钢腹板对组合箱梁纵向弯矩的抵抗作用可以忽略不计[8],研究截面抗弯时,将腹板上的各测点去掉,混凝土顶底板的应变连线近似在同一直线上,组成1个虚构的平面,该情况可视为近似符合 平截面假定 ,所以 拟平截面假定 可以引入到截面受弯变形的理论计算之中.通过上述的试验方案,可以得出在不同等级对称荷载作用下,波纹钢腹板三跨连续刚构桥试验模型中跨1/2㊁1/4截面和中跨支座截面沿梁高度方向上各测点的纵向应变如图9~图11所示.图9试验桥梁中跨1/2截面纵向应变沿梁高度分布F i g.9 L o n g i t u d i n a l s t r a i nd i s t r i b u t i o na l o n gh e i g h t o fm i d-s p a n s e c t i o no f t e s t b r i d g e图10试验桥梁中跨1/4截面纵向应变沿梁高度分布F i g.10 L o n g i t u d i n a l s t r a i nd i s t r i b u t i o na l o n gh e i g h t o f1/4s e c t i o no f t e s t b r i d g e由图9~图11对比分析发现:①对称荷载作用下,变截面波纹钢腹板试验桥梁中跨1/2㊁1/4截面和中跨支座截面各测点纵向应变沿梁高度呈离散状态,且钢腹板高度范围内应变接近于零,所以截面的应变不满足 平截面假定 .②试验桥梁中跨1/4截面沿梁高度各测点纵向应变趋势与中跨1/2截面基本一致,但值相对较小.中跨支座截面顶底板各测点应变方向与中跨1/2㊁1/4截面相反,且顶底板应变基本相同.图11试验桥梁中跨支座截面纵向应变沿梁高度分布F i g.11 L o n g i t u d i n a l s t r a i nd i s t r i b u t i o na l o n g h e i g h to f s u p p o r t a b u t m e n t s e c t i o no f t e s t b r i d g e由于试验梁纵向应变测点仅布置于顶板上表面㊁底板下表面及波纹钢腹板上中下3个位置,所得数据不能直观反映截面沿梁高度纵向应变变化规律,因此,建立有限元模型进行细化分析,研究截面沿梁高度方向纵向应变变化趋势和规律.4空间有限元分析4.1建立模型和结果对比采用有限元软件M i d a sC i v i l建立模型桥的三维有限元模型如图12所示.采用板单元构建波纹钢腹板,其余部分用实体单元构建.实际设计时,墩底与地面相连接,是固结状态,墩梁之间浇筑时用钢构件固结,边跨两边与混凝土墩搭接,只存在竖直向下约束,根据实际情况定义各边界条件.图12波纹钢腹板连续刚构桥实体有限元模型F i g.12S o l i d f i n i t e e l e m e n tm o d e l o f c o n t i n u o u s r i g i d-f r a m eb r i d g ew i t hc o r r u g a t ed s te e lw e b s利用有限元模型对试验桥梁进行数值模拟,取中跨1/2截面所得结果与实测值进行对比,见表2.由表2知,不同加载等级下,试验桥中跨1/2截面顶板测点纵向应变与实测值相差率为0.6%~3.9%,底板测点应变相差率为2.7%~8.5%,可见有限元值与试验值基本吻合,能基本反映试验桥中跨1/2截面各测点应变情况,表明了有限元模型的可靠性.13第1期刘保东等:变截面波纹钢腹板连续刚构桥拟平截面假定试验研究表2试验桥中跨1/2截面有限元结果与实测值对比T a b.2 R e s u l t s o f f i n i t e e l e m e n t c o m p a r ew i t hm e a s u r e dv a l u e o fm i d-s p a n s e c t i o no f t e s t b r i d g e控制截面测点位置对比类型荷载/k N1020406080中跨1/2截面顶板底板实测值/με-100-230-295-420-515有限元值/με-98-221-293-417-512相对误差/%2.03.90.70.70.6实测值/με3558100148190有限元值/με3862103152202相对误差/%8.56.93.02.76.34.2有限元模型数值分析结合有限元模型,提取不同加载等级下变截面波纹钢腹板刚构桥中跨1/2㊁3/8㊁1/4截面和中跨支座截面沿梁高度加密后各点的纵向应变如图13~图16所示.图13有限元模型桥中跨1/2截面纵向应变沿梁高度分布F i g.13 L o n g i t u d i n a l s t r a i nd i s t r i b u t i o na l o n g h e i g h t o fm i d-s p a n s e c t i o no fb r i d g e f i n i t e e l e m e n tm o d e l图14有限元模型桥中跨3/8截面纵向应变沿梁高度分布F i g.14 L o n g i t u d i n a l s t r a i nd i s t r i b u t i o na l o n g h e i g h t o f3/8s e c t i o no f b r i d g e f i n i t e e l e m e n tm o d el图15有限元模型桥中跨1/4截面纵向应变沿梁高度分布F i g.15 L o n g i t u d i n a l s t r a i nd i s t r i b u t i o na l o n gh e i g h t o f1/4s e c t i o no f b r i d g ef i n i t e e l e m e n tm o d e l图16有限元模型桥中跨支座截面纵向应变沿梁高度分布F i g.16 L o n g i t u d i n a l s t r a i nd i s t r i b u t i o na l o n gh e i g h t o f s u p p o r t a b u t m e n t s e c t i o no fb r i d g e f i n i t e e l e m e n tm o d e l由图13~图16对比分析可知:变截面波纹钢腹板刚构桥中跨1/2㊁3/8㊁1/4截面和中跨支座截面的应变呈离散状态,不满足 平截面假定 .如果忽略波纹钢腹板上各点应变值,仅取混凝土顶㊁底板各点值,则中跨1/2和中跨支座截面各点应变可通过波纹钢腹板的应变零点附近近似构成1个虚拟平面,即中跨1/2截面和中跨支座截面在对称荷载加载情况下混凝土顶底板纵向应变满足 拟平截面假定 ,而中跨3/8㊁1/4截面连接混凝土顶底板应变呈非线性分布,不符合假定,其中中跨3/8截面各点纵向应变偏离虚拟平面较小,说明从中跨1/ 4截面到中跨1/2截面,各点纵向应变趋于吻合假定,由文献[9]对等截面波纹钢腹板箱梁 拟平截面假定 理论推导过程可知,当波纹钢腹板箱梁顶㊁底板中性轴不水平时,在总弯矩作用下,顶㊁底板分别23北京交通大学学报第41卷绕自身中性轴转动引起的竖向截面上各点应变方向不水平,导致顶㊁底板的纵向应变随高度的变化呈非线性分布,且变截面波纹钢腹板箱梁顶㊁底板两中性轴的夹角越大,偏差越显著,数值模拟结果与之吻合.各控制截面沿梁高度纵向应变均随外荷载的增加而增大,中跨3/8㊁1/4截面沿梁高度各点纵向应变趋势与1/2截面基本一致,中跨1/2㊁3/8㊁1/4截面顶板纵向应变基本一致,中跨1/2截面顶板应变略大于3/8㊁1/4截面,中跨3/8截面底板纵向应变最小,1/4次之,1/2截面最大,中跨支座截面沿梁高度各点纵向应变与中跨1/2㊁3/8㊁1/4截面相反,其顶板应变略大于中跨1/2截面,且顶底板应变基本相同,说明变截面波纹钢腹板连续刚构桥各截面所受弯矩随外荷载的增加而增大,中跨1/2截面到1/ 4截面为纯弯段,弯矩基本相同,中跨1/4截面到墩顶支座截面之间存在弯矩反弯点,且墩顶支座截面附近产生了较大负弯矩,这和对称荷载下连续刚构桥的弯矩特点相吻合.接近波纹钢腹板的顶底板时,各截面纵向应变均较虚拟平面偏小,且梁体所受荷载越大越明显,说明在混凝土顶底板与波纹钢腹板接触面附近,波纹钢腹板提供了一定的抵抗力.5结论1)波纹钢腹板箱梁桥在实际受力过程中,波纹钢腹板抗弯能力较小,其轴向抵抗力可以忽略不计,桥梁所受弯矩可以近似为由混凝土顶底板共同承担.2)变截面波纹钢腹板刚构桥中跨1/2㊁3/8㊁1/4截面和中跨支座截面沿梁高度纵向应变呈离散状态,不满足 平截面假定 .3)试验梁中跨3/8㊁1/4截面沿梁高度各测点纵向应变趋势与1/2截面基本一致,中跨支座截面沿梁高度各测点纵向应变与中跨1/2㊁3/8㊁1/4截面相反,且顶底板应变基本相同.4)忽略波纹钢腹板高度范围内应变值,仅取混凝土顶底板测点值,则试验梁中跨1/2截面和中跨支座截面各测点应变满足 拟平截面假定 ,而中跨3/8㊁1/4截面不符合,但从中跨1/4截面到1/2截面测点应变趋于吻合假定.参考文献(R e f e r e n c e s):[1]MO YL,F A N YL.T o r s i o n a l d e s i g n o f h y b r i d c o n c r e t eb o x g i r d e r s[J].J o u r n a l o f B r i d g eE n g i n e e r i n g,2006,11(3):329-339.[2]刘玉擎.组合结构桥梁[M].北京:人民交通出版社,2005. L I U Y u q i n g.S t e e l-c o n c r e t eh y b r i db r i d g e[M].B e i j i n g:C h i n aC o mm u n i c a t i o n sP r e s s,2005.(i nC h i n e s e)[3]R O S I G N O L IM.P r e s t r e s s e d c o n c r e t e b o x g i r d e r b r i d g e s w i t h f o l d e d s t e e l p l a t ew e b s[J].P r o c e e d i n g s o f t h e I n s t i-t u t i o n o f C i v i l E n g i n e e r s:S t r u c t u r e s a n d B u i l d i n g s, 1999,134(1):77-85.[4]宋建永,王彤,张树仁.波纹钢腹板体外预应力混凝土组合梁桥[J].东北公路,2002,25(1):38-40.S O N GJ i a n y o n g,WA N G T o n g,Z HA N G S h u r e n.E x-t r a c o r p o r e a l p r e s t r e s s e dc o n c r e t ec o m p o s i t eb r i d g ew i t h c o r r u g a t e d s t e e lw e b[J].N o r t h e a s t e r n H i g h w a y,2002, 25(1):38-40.(i nC h i n e s e)[5]郭月峰,黄国兴.平截面假定及其应用[J].福建建筑, 1999,64(3):34-36.G U O Y u e f e n g,HU A N G G u o x i n g.T h ea s s u m p t i o no f p l a n e s e c t i o na n di t sa p p l i c a t i o n[J].F u j i a n A r c h i t e c-t u r e,1999,64(3):34-36.(i nC h i n e s e)[6]吴文清.波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应问题研究[D].南京:东南大学,2002.WU W e n q i n g.R e s e a r c ho ns h e a r-l a g e f f e c t i nc o m b i n e d b o x-g i r d e r w i t h c o r r u g a t e d s t e e l w e b s[D].N a n j i n g: S o u t h e a s tU n i v e r s i t y,2002.(i nC h i n e s e)[7]刘磊,钱冬生.波纹钢腹板的受力行为[J].铁道学报, 2000,22(增):53-56.L I U L e i,Q I A N D o n g s h e n g.B e h a v i o r s o fc o r r u g a t e d s t e e lw e b su n d e r l o a d i n g[J].J o u r n a l o f t h eC h i n aR a i l-w a y S o c i e t y,2000,22(S):53-56.(i nC h i n e s e) [8]B HA S K A R A,D UM I RPC.N o n-l i n e a r v i b r a t i o n o f o r-t h o t r o p i c t h i nr e c t a n g u l a r p l a t e so ne l a s t i cf o u n d a t i o n s [J].J o u r n a l o f S o u n d a n dV i b r a t i o n,1988,125(1):1-11.[9]吴文清,叶见曙,万水,等.波形钢腹板-混凝土组合箱梁截面变形的拟平截面假定及其应用研究[J].工程力学, 2005,22(5):178-198.WU W e n q i n g,Y EJ i a n s h u,WA N S h u i,e ta l.Q u a s i p l a n ea s s u m p t i o n a n di t sa p p l i c a t i o ni n s t e e l-c o n c r e t e c o m p o s i t eb o x g i r d e r sw i t hc o r r u g a t e ds t e e lw e b s[J].E n g i n e e r i n g M e c h a n i c s,2005,22(5):178-198.(i nC h i-n e s e)33第1期刘保东等:变截面波纹钢腹板连续刚构桥拟平截面假定试验研究。
