钢箱梁斜拉桥空腹式纵隔板受力行为研究

摘要

钢箱梁斜拉桥具有跨越能力大、结构自重小、抗扭刚度大、抗风稳定性好以及建造精度高、建造速度快等种种优点，在全世界范围内都有着非常广泛的应用。一般来说，设计者为了考虑剪力滞后的因素，往往在钢箱梁中加入两道纵隔板，纵隔板的形式可以采用实腹式，也可以采用空腹式。但在桥梁运营一段时间之后，往往发现空腹式纵隔板腹杆与节点板连接处出现裂纹，这对桥梁正常运营产生了巨大隐患。 论文通过有限元方法对某钢箱梁斜拉桥的空腹式纵隔板受力行为进行了分析，探究裂纹产生的原因。论文利用Midas Civil建立全桥梁单元模型进行整体计算，再通过ANSYS建立空腹式纵隔板局部节段模型，将整体计算中相应节段的边界条件加载到局部模型中进行受力行为分析，并得到以下一些主要结论： （1）对于采用圆管腹杆的纵隔板，在桥面板一侧满布车辆荷载以及疲劳车加载的整个过程中纵隔板各项应力均不超过200Mpa，小于Q235钢材屈服强度。同时观察到纵隔板圆管端部与节点板相交处均出现了非常明显的应力集中。在疲劳车辆通过桥面板的过程中观察到1-4号关注点出现了拉-压应力循环，5-8号关注点出现了压-拉应力循环，且最大应力幅达到96.22Mpa。在关注点出现了应力集中、交变应力两个因素，因此得出纵隔板裂纹的产生原因是由于车辆在纵隔板两侧不断经过使关注点产生较大的交变应力导致的疲劳开裂。 （2）对于采用槽钢腹杆的纵隔板，在同样工况作用下中纵隔板各项应力与圆管腹杆纵隔板接近，也未超过钢材屈服强度。同时观察到槽钢腹杆纵隔板中槽钢角点与节点板相交处也出现了明显的应力集中。在疲劳车辆通过桥面板的过程中观察到 1-4 号关注点出现了压-拉应力循环，5-8号关注点出现了拉-压应力循环，且最大应力幅达到86.94Mpa。同样的，在关注点出现了应力集中、交变应力两个因素，得出槽钢腹杆纵隔板裂纹的产生原因也是由于车辆在纵隔板两侧不断经过使关注点产生较大的交变应力导致的疲劳开裂。 （3）对于两种不同腹杆形式的纵隔板按照《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）的S-N 曲线评估了关注点的疲劳寿命，得出了槽钢腹杆纵隔板疲劳性能更佳的结论。采用圆管腹杆的纵隔板相对采用槽钢腹杆的纵隔板而言疲劳寿命最大降幅达89.6%。 （4）两种腹杆形式的纵隔板都出现了关注点应力集中的现象，因此可以从改变腹杆角点与节点板接触形式的思路进行改善。通过对槽钢角点进行倒圆处理，发现同样工况下接触点应力集中现象明显改善。该结论对于类似桥梁纵隔板设计有一定的参考意义。

目录

第一个书签之前