波形鋼腹板屈曲影響因素計(jì)算分析

◎ 崔劍奇 胡智敏 王浩瀚 廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院

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波形鋼腹板屈曲影響因素計(jì)算分析

◎ 崔劍奇 胡智敏 王浩瀚 廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院

本文主要介紹常用波形鋼腹板形狀類型，計(jì)算分析平折板長(zhǎng)度a、斜折板投影長(zhǎng)度b、斜折板長(zhǎng)度c、波高d腹板高度H和腹板厚度t設(shè)置等對(duì)波形鋼腹板屈曲強(qiáng)度影響，給出波紋鋼腹板形狀尺寸選取建議，為設(shè)計(jì)提供參考。

波紋鋼腹板 屈曲 影響因素

1.概述

波紋鋼腹板箱梁橋起源于法國，在日本得到了大力發(fā)展和應(yīng)用。近年得到我國橋梁界的重視，研究成果不斷涌現(xiàn)和建成橋梁持續(xù)增多。已經(jīng)建成的波紋鋼腹板橋形式包括簡(jiǎn)支梁橋、連續(xù)梁橋、剛構(gòu)橋、斜拉橋等。其優(yōu)點(diǎn)在于：第一采用輕薄的鋼腹板代替厚重混凝土腹板，自重降低，抗震性能好，減少下部工程量，降低工程造價(jià)；第二波紋鋼腹板抗剪能力強(qiáng)，不會(huì)出現(xiàn)腹板開裂問題，耐久性能更好；第三鋼腹板預(yù)制，減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，保證質(zhì)量，加快施工進(jìn)程。它是一種值得推廣和研究的新型橋梁。

2.常用波形鋼腹板類型

國內(nèi)外建成或在建橋梁中常采用三種類型的波形鋼腹板，分別為1600、1200和1000型，其一個(gè)波長(zhǎng)分別為1600mm、1200mm和1000mm。

表1　日本已建橋梁波紋鋼腹板形狀統(tǒng)計(jì)表

3.計(jì)算分析

圖1　波形鋼腹板形狀示意圖

對(duì)平折板長(zhǎng)度a、斜折板長(zhǎng)度c、波高d、腹板高度H和腹板厚度t取值，分析其對(duì)波形鋼腹板屈曲強(qiáng)度（包括整體屈曲、局部屈曲和組合屈曲）的影響程度。以下計(jì)算均采用Q345c鋼材，按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003），鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為：抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度，抗剪強(qiáng)度容許剪應(yīng)力剪切彈性模量，彈性模量，質(zhì)量密度，泊松比

表1　平折板長(zhǎng)度a影響程度

表2　斜折板長(zhǎng)度c影響程度

表3　波高d影響程度

表4　腹板高度H影響程度

表5　腹板厚度t影響程度

3.1平折板長(zhǎng)度a影響程度

常用a值范圍為250～430mm，故a取值參考此區(qū)間，計(jì)算當(dāng)c=430mm，d=220mm，t=10mm，H=1000mm時(shí)，不同a值波形鋼腹板的屈曲強(qiáng)度。

由表2可見，隨a值增加，局部、整體和合成屈曲強(qiáng)度均下降。

3.2斜折板長(zhǎng)度c影響程度

常用c值范圍為250～430mm，故c取值參考此區(qū)間，計(jì)算當(dāng)a=430mm，d=220mm，t=10mm，H=1000mm時(shí)，不同c值波形鋼腹板的屈曲強(qiáng)度。

由表3可見，隨c值增加，局部、合成屈曲強(qiáng)度下降，但整體屈曲強(qiáng)度上升。

3.3波高d影響程度

常用d值范圍為150～220mm，故c取值參考此區(qū)間，計(jì)算當(dāng)a=430mm，c=430mm，t=10mm，H=1000mm時(shí)，不同d值波形鋼腹板的屈曲強(qiáng)度。

由表4可見，隨d值增加，局部、合成屈曲強(qiáng)度幾乎不變，但整體屈曲強(qiáng)度上升，且整體屈曲強(qiáng)度上升速度較快。

3.4腹板高度H影響程度

常用H值范圍為1000～5000mm，故H取值參考此區(qū)間，計(jì)算當(dāng)a=430mm，c=430mm，t=10mm，d=220mm時(shí)，不同H值波形鋼腹板的屈曲強(qiáng)度。

由表5可見，隨H值增加，局部、整體和合成屈曲強(qiáng)度均下降，且整體屈曲強(qiáng)度下降速度較快。

3.5腹板厚度t影響程度

常用t值范圍為8～28mm，故t取值參考此區(qū)間，計(jì)算當(dāng)a=430mm，c=430mm，H=1000mm，d=220mm時(shí)，不同t值波形鋼腹板的屈曲強(qiáng)度。

由圖6可見，隨t值增加，局部、整體和合成屈曲強(qiáng)度均上升，且上升速度較快。

4.結(jié)論

（1）波形鋼腹板的波長(zhǎng)越大越容易發(fā)生局部屈曲破壞，波長(zhǎng)越小越容易發(fā)生整體屈曲破壞。

（2）波形鋼腹板的波高越大整體屈曲強(qiáng)度越大，且影響程度較大。

（3）較高的波形鋼腹板易發(fā)生整體屈曲破壞，可適當(dāng)提高波高來解決。

（4）鋼腹板厚度一般不應(yīng)大于28mm，避免鋼板厚度缺陷，提高波形鋼腹板的腹板厚度可提高其局部、整體和合成屈曲強(qiáng)度，且效果顯著。

［1］劉磊，錢冬生，編譯.波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力結(jié)合梁橋［J］.國外公路，1999，19（1）.

［2］劉海燕.摘編.日本修建的波形鋼腹板PC箱梁橋一覽表［J］.國外橋梁，2002，（1）.

［3］周長(zhǎng)曉，王福敏，宋瓊瑤.波形鋼腹板穩(wěn)定的理論分析及試驗(yàn)研究［J］.公路交通技術(shù)，2005，（1）：54-57.