第二章-钢桥设计计算理论课件.ppt

1、第二章第二章 钢桥设计计算理论钢桥设计计算理论2022-7-24Tongji University,Qingtian Su1第一节第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论钢桥构件强度与稳定计算理论 n一般规定一般规定2022-7-24Tongji University,Qingtian Su2第一节第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论钢桥构件强度与稳定计算理论 n一般规定一般规定2022-7-24Tongji University,Qingtian Su3第一节第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论钢桥构件强度与稳定计算理论 规定规定,effe i is iAb tA(5.1.6-1)式中:effA 有效

2、截面面积；be,i考虑剪力滞影响的第i块板件的翼缘有效宽度，见图5.1.6-1，按5.1.7条计算；Ti 第i块板件的厚度；As,i翼缘有效宽度内的加劲肋面积。be1be2be3be2BAs图图5.1.6-1 考虑剪力滞影响的第考虑剪力滞影响的第i块板件的翼缘有效宽度示意图块板件的翼缘有效宽度示意图2022-7-24Tongji University,Qingtian Su4第一节第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论钢桥构件强度与稳定计算理论 规定规定effA,effl ii is iAbtA123As bi，ti第i块受压板件的宽度和厚度。As,i第i块受压板件的加劲肋面积。l,i第i块受压板

3、件的局部稳定系数，按5.1.9条计算。图图5.1.6-2考虑受压加劲板局部稳定影响的受压板件宽度示意图考虑受压加劲板局部稳定影响的受压板件宽度示意图(5.1.6-2)2022-7-24Tongji University,Qingtian Su5第一节第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论钢桥构件强度与稳定计算理论 规定规定effA,e jeffl ii is ibAbtABb1b2b3be1be2be3be2BAs(5.1.6-3)(5.1.6-3)图图5.1.6-3 同时考虑剪力滞和受压加劲板局部稳定影响的板件宽度示意图同时考虑剪力滞和受压加劲板局部稳定影响的板件宽度示意图2022-7-24To

4、ngji University,Qingtian Su6第一节第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论钢桥构件强度与稳定计算理论 规定规定2b 0.051.1 2 0.050.301.01 2.141.43()0.30.500.5,.eeeebbbbbbbbbbbbb时可用空间分析或其它更精确的方法确定22b 0.021.03.24.5()0.020.30b1.042.231.49()0.300.500.5,eeeebbbbbbbbbbbbb时可用空间分析或其它更精确的方.法确定（5.1.7-1）（5.1.7-2）2022-7-24Tongji University,Qingtian Su7第一节第

5、一节 钢桥构件强度与稳定计算理论钢桥构件强度与稳定计算理论 b12b2b3tbe1be2be3be2式中：式中：b be e翼缘有效宽度；翼缘有效宽度；b b 腹板间距的腹板间距的1/21/2，或翼缘外伸肢为伸臂部分的宽度，如图，或翼缘外伸肢为伸臂部分的宽度，如图5.1.7-15.1.7-1所示；所示；等效跨长，见表等效跨长，见表5.1.7-5.1.7-图图5.1.7-1 5.1.7-1 翼缘的有效宽度翼缘的有效宽度规定规定2022-7-24Tongji University,Qingtian Su8第一节第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论钢桥构件强度与稳定计算理论 规定规定2022-7-24

6、Tongji University,Qingtian Su9第一节第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论钢桥构件强度与稳定计算理论 2202024)1(11)1(11214.014.0RRRRRll时：时：(5.1.9-1)4.0(8.00R(5.1.9-2)kEftbfRycry1)1(1222 (5.1.9-3)式中 R相对宽厚比；k加劲板的弹性屈曲系数；b加劲板的宽（腹板或刚性纵向加劲肋的间距）；t被加劲板板厚；E弹性模量；v泊松比。规定规定2022-7-24Tongji University,Qingtian Su10第一节第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论钢桥构件强度与稳定计算理论 de

7、ffNfA(5.2.1-1)deffNfA Aeff考虑局部稳定影响的有效截面面积；(5.2.2-3）Aeff有效截面面积；2022-7-24Tongji University,Qingtian Su11第一节第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论钢桥构件强度与稳定计算理论 Aeff考虑局部稳定影响的有效截面面积；max1ucNNuceffdNAf轴心受压构件的有效截面无偏心时，稳定应按下式计算：轴心受压构件的有效截面无偏心时，稳定应按下式计算：(5.2.2-4)(5.2.2-5)式中 Nmax轴心压力，当压力沿轴向变化时取杆件中间1/3部分的最大值；轴心受压构件整体稳定系数，按5.2.3条计算式

8、中 Nmax轴心压力，当压力沿轴向变化时取杆件中间1/3部分的最大值；轴心受压构件的有效截面有偏心时，轴心受压构件的有效截面有偏心时，应按偏心受压构件计算，应按偏心受压构件计算，偏心弯矩按下式计算：偏心弯矩按下式计算：NMNe(5.2.2-6)eN有效截面偏心距；2022-7-24Tongji University,Qingtian Su12第一节第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论钢桥构件强度与稳定计算理论 在主平面内受弯的实腹式构件抗弯强度应满足下列规定在主平面内受弯的实腹式构件抗弯强度应满足下列规定：1、翼板正应力,xdx effMfW式中 Wx,eff考虑剪力滞和受压板件局部稳定的有效截

9、面模量。(5.3.1-1)2、受双向弯曲和扭转共同作用时，正应力和剪应力的组合满足221.0dvdff(5.3.1-2)3、腹板剪应力vdf开口截面腹板弯曲剪应力可按（5.3.1-4）计算：wVSIt(5.3.1-4)(5.3.1-3)2022-7-24Tongji University,Qingtian Su13第一节第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论钢桥构件强度与稳定计算理论 未设加劲肋处的腹板局部应力按5.3.1-5计算ydw zFft l4、受弯实腹式构件腹板在正应力x、剪应力和局部应力y共同作用时2221.0yyxxddddvdfffff(5.3.1-6)(5.3.1-5)式中，分布

10、长度yzhal22022-7-24Tongji University,Qingtian Su14第一节第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论钢桥构件强度与稳定计算理论 m受弯的等截面实腹式构件的整体稳定应满足下列规定受弯的等截面实腹式构件的整体稳定应满足下列规定：1yxmbxuxuyMMMM1yxmuxbyuyMMMM,uxx effdMWf,uyy effdMWf210.5(1)12.0(0.8)1.0mcTk,Tx effycrWfM(5.3.2-1)(5.3.2-2)(5.3.2-3)(5.3.2-4)(5.3.2-5)(5.3.2-6)Wx,eff，Wy,eff考虑剪力滞和受压板件局部稳定

11、的有效截面模量考虑剪力滞和受压板件局部稳定的有效截面模量 等效弯矩系数；等效弯矩系数；k kc c弯矩换算系数，可按表弯矩换算系数，可按表5.3.2-15.3.2-1计算计算 相对长细比：相对长细比：TcrM考虑约束影响的弯曲弹性屈曲弯矩。考虑约束影响的弯曲弹性屈曲弯矩。2022-7-24Tongji University,Qingtian Su15第一节第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论钢桥构件强度与稳定计算理论 腹板加劲肋设置应满足下列要求：腹板加劲肋设置应满足下列要求：1、腹板最小板厚度应满足表5.3.3-1的要求。2022-7-24Tongji University,Qingtian

12、Su16第一节第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论钢桥构件强度与稳定计算理论 腹板加劲肋设置应满足下列要求：腹板加劲肋设置应满足下列要求：2、腹板横向加劲肋的间距a应满足下式要求：950wta(5.3.3-1)腹板横向加劲肋惯性矩应满足下式要求：303twIh t(5.3.3-2)3、腹板纵向加劲肋满足以下要求：30 wllthI(5.3.3-3)200max 1.52.50.45la ha h，(5.3.3-4)2022-7-24Tongji University,Qingtian Su17第一节第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论钢桥构件强度与稳定计算理论 实腹式拉弯、压弯构件强度应满足下列规

13、定实腹式拉弯、压弯构件强度应满足下列规定：1yyNxxNuuxuyMNeMNeNNMMuxeffdNAf,uxx effdMWf,uyy effdMWf(5.4.1-1)(5.4.1-3)(5.4.1-2)(5.4.1-4)式中：N计算截面轴力；计算截面弯矩；Wx,eff，Wy,eff 考虑剪力滞和受压板件局部稳定的有效截面模量。exN,eyN有效截面偏心距。yxMM,2022-7-24Tongji University,Qingtian Su18第一节第一节 钢桥构件强度与稳定计算理论钢桥构件强度与稳定计算理论,11yyNmaxxxNmxmyxubyuyuxmaxx crMNeNMNeNMM

14、NN,11yyNmaxxxNmxmyyubxuxuymaxy crMNeNMNeNMMNN实腹式拉弯、压弯构件整体稳定应满足下列规定实腹式拉弯、压弯构件整体稳定应满足下列规定：uxeffdNAf,uxx effdMWf,uyy effdMWf(5.4.2-4)(5.4.2-3)(5.4.2-5)(5.4.2-1)(5.4.2-2)轴心受压构件整体稳定系数mymxbybxyx,弯矩作用平面内的受弯构件稳定系数；双向受弯相关系数=0.6；等效弯矩系数，按表5.4.2-1计算。2022-7-24Tongji University,Qingtian Su19第一节第一节 钢桥构件疲劳强度计算理论钢桥构

15、件疲劳强度计算理论 1、凡承受拉拉循环应力或拉压循环应力作用的桥梁构件都应进行疲劳、凡承受拉拉循环应力或拉压循环应力作用的桥梁构件都应进行疲劳验算。在抗疲劳设计时，只考虑可变作用。验算。在抗疲劳设计时，只考虑可变作用。2、公路桥梁抗疲劳设计应根据公路桥梁抗疲劳设计应根据5.7.2条条5.7.4条中的条中的3种疲劳荷载模型进种疲劳荷载模型进行验算。行验算。5.7.2疲劳荷载模型I2022-7-24Tongji University,Qingtian Su20第一节第一节 钢桥构件疲劳强度计算理论钢桥构件疲劳强度计算理论 DFFminmaxn疲劳荷载模型疲劳荷载模型I1、疲劳荷载模型、疲劳荷载模型

16、I用于桥梁结构中整体构件疲劳验算；用于桥梁结构中整体构件疲劳验算；2、疲劳荷载模型疲劳荷载模型I I为等效的车道荷载。集中荷载为为等效的车道荷载。集中荷载为0.70.7P Pk k，均布荷载为，均布荷载为0.30.3q qk k。P Pk k和和q qk k按按公路桥涵设计通用规范公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)(JTG D60-2004)第第4.3.14.3.1条取值；条取值；3 3、最大应力最大应力 和最小应力和最小应力 由集中荷载与均布荷载的最不利排列确定；由集中荷载与均布荷载的最不利排列确定；4、计算、计算 和和 应考虑多车道折减的影响应考虑多车道折减的影响5、疲劳寿命

17、验算要求满足：疲劳寿命验算要求满足：式中：式中：常幅疲劳极限，见图常幅疲劳极限，见图5.7.5-1。DmaxFmaxFminFminF2022-7-24Tongji University,Qingtian Su21第一节第一节 钢桥构件疲劳强度计算理论钢桥构件疲劳强度计算理论 n疲劳荷载模型疲劳荷载模型1、疲劳荷载模型、疲劳荷载模型II用于构造细节的疲劳验算；用于构造细节的疲劳验算；2、疲劳荷载模型、疲劳荷载模型II为四轴单车模型，轴重、轴距与轮距的布置如下。为四轴单车模型，轴重、轴距与轮距的布置如下。Mf(c)疲劳荷载轮轴分布(a)公路I级疲劳荷载(b)公路II级疲劳荷载2022-7-24T

18、ongji University,Qingtian Su22第一节第一节 钢桥构件疲劳强度计算理论钢桥构件疲劳强度计算理论 n疲劳荷载模型疲劳荷载模型3、疲劳寿命验算要求满足：疲劳寿命验算要求满足：式中：式中：为为疲劳荷载效应分项系数，疲劳荷载效应分项系数，in.max.mpmpp和0.1/53MfcFFfMfcFFfFf0.1Ff结构重要性系数。对于冗余杆件，。对于关键杆件，结构重要性系数。对于冗余杆件取结构重要性系数。对于冗余杆件取1.0，对于关键杆件取，对于关键杆件取1.15.MfMfRR、疲劳抗力，对应于疲劳抗力，对应于200万次疲劳抗力应力幅，根据具体的疲劳万次疲劳抗力应力幅，根据具

19、体的疲劳细节取值细节取值FF、等效应力幅，按下式计算等效应力幅，按下式计算min.max.ppF为为单单车加载得到的应力车加载得到的应力为损伤等效系数为损伤等效系数4321max且1为不同跨径桥梁的损伤影响系数为荷载修正系数为交通量影响系数为其他车道重车影响系数为考虑疲劳极限的最大取值234max2022-7-24Tongji University,Qingtian Su23第一节第一节 钢桥构件疲劳强度计算理论钢桥构件疲劳强度计算理论 n疲劳荷载模型疲劳荷载模型1、疲劳荷载模型、疲劳荷载模型II采用实桥交通调查数据作为制定疲劳荷载的依据采用实桥交通调查数据作为制定疲劳荷载的依据；2、制定疲劳

20、荷载模型应考虑行车方向、车道数量、车道类型、车辆间距、车、制定疲劳荷载模型应考虑行车方向、车道数量、车道类型、车辆间距、车辆类型、车辆轴重的影响辆类型、车辆轴重的影响MfMfFfiiNnNnNnNn1332211式中：式中：为为疲劳荷载效应分项系数，疲劳荷载效应分项系数，Ff0.1Ff结构重要性系数。对于冗余杆件取结构重要性系数。对于冗余杆件取1.0，对于关键杆件取，对于关键杆件取1.15.Mf疲劳应力谱中应力幅的加载次数 疲劳应力谱中应力幅iin和的加载次数 疲劳应力谱中应力幅疲劳应力谱中应力幅 的加载次数；的加载次数；疲劳细节曲线中与应力幅疲劳细节曲线中与应力幅 对应的疲劳寿命对应的疲劳寿

21、命iniNii2022-7-24Tongji University,Qingtian Su24第一节第一节 钢桥构件疲劳强度计算理论钢桥构件疲劳强度计算理论 n疲劳抗力疲劳抗力Mf钢结构的疲劳抗力用对应于不同疲劳细节的S-N双对数曲线表示。每个疲劳细节用其对应于2.0106次疲劳寿命的应力幅标识。疲劳细节的常幅疲劳极限对应于曲线上疲劳寿命为5.0106的应力幅，截止限对应于疲劳寿命为1.0108的应力幅。在疲劳分析时，应力谱中所有低于截止限的应力循环可以忽略不计。剪应力疲劳细节曲线正应力疲劳细节曲线2022-7-24Tongji University,Qingtian Su25第一节第一节 钢

22、桥构件疲劳强度计算理论钢桥构件疲劳强度计算理论 n疲劳细节疲劳细节Mf2022-7-24Tongji University,Qingtian Su26第一节第一节 钢桥构件疲劳强度计算理论钢桥构件疲劳强度计算理论 n疲劳细节疲劳细节Mf2022-7-24Tongji University,Qingtian Su275.2.3 轴心受压整体稳定系数，应根据构件的长细比、钢材屈服强度和表 5.2.4的截面分类按下式计算，取截面两主轴稳定系数中的较小值。2202024)1(11)1(11212.012.0时：时：返回(5.2.3-1),yyE crffE(5.2.3-1)(5.2.3-2)(5.2.

23、3-3)(5.2.3-4)2.0(02,2E crE其中，相对长细比按下式计算：2022-7-24Tongji University,Qingtian Su28式中，轴心受压构件弹性稳定欧拉应力；轴心受压构件长细比，无可靠资料时可按本规范第5.2.4条或有限元方法计算；参数，根据表5.2.3-1取值；返回,E cr曲线类别abcd 参数0.20.350.50.8表表5.2.3-1 轴心受压整体稳定系数的截面分类轴心受压整体稳定系数的截面分类2022-7-24Tongji University,Qingtian Su29返回2022-7-24Tongji University,Qingtian Su30返回2022-7-24Tongji University,Qingtian Su31返回2022-7-24Tongji University,Qingtian Su32返回