《鋼橋設(shè)計計算理論》ppt課件

1、,第二章 鋼橋設(shè)計計算理論,2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,1,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件強度與穩(wěn)定計算理論,一般規(guī)定 公路鋼橋構(gòu)件的強度及穩(wěn)定計算，應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計要求進(jìn)行作用設(shè)計值效應(yīng)的基本組合，組合表達(dá)式中的作用采用標(biāo)準(zhǔn)值，并乘以作用分項系數(shù)。各種作用的分項按現(xiàn)行《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》的規(guī)定取用。當(dāng)鋼橋遇有偶然作用時，尚應(yīng)進(jìn)行作用效應(yīng)的偶然組合。鋼橋的疲勞計算應(yīng)采用疲勞荷載的

2、標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng) 公路鋼橋的承載能力極限狀態(tài)設(shè)計，用于體現(xiàn)橋梁安全等級的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，對安全等級為一級的橋梁，取1.1；對安全等級為二級的橋梁，取1.0。,,2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,2,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件強度與穩(wěn)定計算理論,一般規(guī)定 1 桿件的強度和穩(wěn)定應(yīng)按有效截面計算。2 受拉翼緣的強度計算有效截面應(yīng)考慮剪力滯和孔洞的影響。3 受壓翼緣和腹板的強度計算有效截面應(yīng)考慮剪力滯、孔

3、洞和板件局部穩(wěn)定的影響。4 軸心受壓桿件的強度和穩(wěn)定計算應(yīng)考慮板件局部穩(wěn)定的影響。5 桿件穩(wěn)定計算應(yīng)考慮板件局部穩(wěn)定的影響。,,2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,3,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件強度與穩(wěn)定計算理論,有效截面規(guī)定 1) 考慮剪力滯影響的有效截面面積按下式計算：,,,(5.1.6-1),式中:,——有效截面面積；be,i——考慮剪力滯影響的第i塊板件的翼緣有效寬度，見圖5.1.6-

4、1，按5.1.7條計算；Ti ——第i塊板件的厚度；As,i——翼緣有效寬度內(nèi)的加勁肋面積。,,圖5.1.6-1 考慮剪力滯影響的第i塊板件的翼緣有效寬度示意圖,2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,4,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件強度與穩(wěn)定計算理論,有效截面規(guī)定,,,,2) 考慮受壓加勁板局部穩(wěn)定影響的有效截面面積,按下式計算：,bi，ti——第i塊受壓板件的寬度和厚度。 As,i——第i塊

5、受壓板件的加勁肋面積。 jl,i——第i塊受壓板件的局部穩(wěn)定系數(shù)，按5.1.9條計算。,圖5.1.6-2考慮受壓加勁板局部穩(wěn)定影響的受壓板件寬度示意圖,(5.1.6-2),2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,5,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件強度與穩(wěn)定計算理論,有效截面規(guī)定,,,,3) 同時考慮剪力滯和受壓加勁板局部穩(wěn)定影響的有效截面,按下式計算：,(5.1.6-3),圖5.1.6-3 同時考慮剪力

6、滯和受壓加勁板局部穩(wěn)定影響的板件寬度示意圖,2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,6,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件強度與穩(wěn)定計算理論,有效截面規(guī)定翼緣有效寬度be按式（5.1.7-1）和（5.1.7-2）計算,,,,,,（5.1.7-1）,（5.1.7-2）,2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,7,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件強度與穩(wěn)定計算理論,,,,,,式中：be——

7、翼緣有效寬度； b ——腹板間距的1/2，或翼緣外伸肢為伸臂部分的寬度，如圖5.1.7-1所示；,——等效跨長，見表5.1.7-１,圖5.1.7-1 翼緣的有效寬度,有效截面規(guī)定,2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,8,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件強度與穩(wěn)定計算理論,,,,,,有效截面規(guī)定,2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,9,第一

8、節(jié) 鋼橋構(gòu)件強度與穩(wěn)定計算理論,軸心受壓板件的局部穩(wěn)定系數(shù),,,,,(5.1.9-1),(5.1.9-2),,(5.1.9-3),式中 R——相對寬厚比；k——加勁板的彈性屈曲系數(shù)； b——加勁板的寬（腹板或剛性縱向加勁肋的間距）； t——被加勁板板厚；E——彈性模量； v——泊松比。,有效截面規(guī)定,2024/4/3,Tongji University, Qingtian

9、Su,10,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件強度與穩(wěn)定計算理論,,,軸心受拉構(gòu)件強度 軸心受壓構(gòu)件強度,,(5.2.1-1),,Aeff——考慮局部穩(wěn)定影響的有效截面面積；,(5.2.2-3）,Aeff——有效截面面積；,2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,11,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件強度與穩(wěn)定計算理論,,,軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定：應(yīng)考慮截面局部穩(wěn)定產(chǎn)生的截面影響,,Aeff——考慮局部穩(wěn)定影響的有效截面面積

10、；,軸心受壓構(gòu)件的有效截面無偏心時，穩(wěn)定應(yīng)按下式計算：,(5.2.2-4),(5.2.2-5),式中 Nmax——軸心壓力，當(dāng)壓力沿軸向變化時取桿件中間1/3部分的最大值； ?,——軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)，按5.2.3條計算,式中 Nmax——軸心壓力，當(dāng)壓力沿軸向變化時取桿件中間1/3部分的最大值；,軸心受壓構(gòu)件的有效截面有偏心時，應(yīng)按偏心受壓構(gòu)件計算，偏心彎矩按下式計算：,,(5.2.2-6),eN——有效截面偏心

11、距；,2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,12,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件強度與穩(wěn)定計算理論,,,受彎構(gòu)件,,在主平面內(nèi)受彎的實腹式構(gòu)件抗彎強度應(yīng)滿足下列規(guī)定 ：,,1、翼板正應(yīng)力,,式中 Wx,eff——考慮剪力滯和受壓板件局部穩(wěn)定的有效截面模量。,(5.3.1-1),2、受雙向彎曲和扭轉(zhuǎn)共同作用時，正應(yīng)力和剪應(yīng)力的組合滿足,,(5.3.1-2),3、腹板剪應(yīng)力,,開口截面腹板彎曲剪應(yīng)力可按（5.

12、3.1-4）計算：,,,,(5.3.1-4),(5.3.1-3),2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,13,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件強度與穩(wěn)定計算理論,,,受彎構(gòu)件,,,,,,未設(shè)加勁肋處的腹板局部應(yīng)力按5.3.1-5計算,,4、受彎實腹式構(gòu)件腹板在正應(yīng)力σx、剪應(yīng)力τ和局部應(yīng)力sy共同作用時,,(5.3.1-6),(5.3.1-5),式中，分布長度,,2024/4/3,Tongji Univers

13、ity, Qingtian Su,14,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件強度與穩(wěn)定計算理論,,,受彎構(gòu)件,,受彎的等截面實腹式構(gòu)件的整體穩(wěn)定應(yīng)滿足下列規(guī)定 ：,,,,,,,,(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——考慮剪力滯和受壓板件局部穩(wěn)定的有效截面模量,——等效彎矩系數(shù)；kc——彎矩?fù)Q算系數(shù)，可按表5.3.2-1計算,——相對長細(xì)比：,

14、——考慮約束影響的彎曲彈性屈曲彎矩。,2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,15,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件強度與穩(wěn)定計算理論,,,受彎構(gòu)件,,腹板加勁肋設(shè)置應(yīng)滿足下列要求：,,,,,,,1、腹板最小板厚度應(yīng)滿足表5.3.3-1的要求。,2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,16,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件強度與穩(wěn)定計算理論,,,受彎構(gòu)件,,腹板加勁肋設(shè)置應(yīng)滿足下列要求

15、：,,,,,,2、腹板橫向加勁肋的間距a應(yīng)滿足下式要求：,,(5.3.3-1),腹板橫向加勁肋慣性矩應(yīng)滿足下式要求 ：,,(5.3.3-2),3、腹板縱向加勁肋滿足以下要求 ：,,(5.3.3-3),,(5.3.3-4),2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,17,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件強度與穩(wěn)定計算理論,,,拉彎、壓彎構(gòu)件,,實腹式拉彎、壓彎構(gòu)件強度應(yīng)滿足下列規(guī)定 ：,,,,,(5.4.1-1),

16、(5.4.1-3),(5.4.1-2),(5.4.1-4),式中： N——計算截面軸力；,——計算截面彎矩；Wx,eff，Wy,eff ——考慮剪力滯和受壓板件局部穩(wěn)定的有效截面模量。 exN, eyN——有效截面偏心距。,2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,18,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件強度與穩(wěn)定計算理論,,,拉彎、壓彎構(gòu)件,,實腹式拉彎、壓彎構(gòu)件整體穩(wěn)定應(yīng)滿

17、足下列規(guī)定 ：,,(5.4.2-4),(5.4.2-3),(5.4.2-5),(5.4.2-1),(5.4.2-2),——軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù),——彎矩作用平面內(nèi)的受彎構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；,η——雙向受彎相關(guān)系數(shù)η=0.6；,——等效彎矩系數(shù)，按表5.4.2-1計算。,2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,19,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件疲勞強度計算理論,,,一般規(guī)定,,1、凡承受拉拉循環(huán)應(yīng)力或拉壓循環(huán)應(yīng)

18、力作用的橋梁構(gòu)件都應(yīng)進(jìn)行疲勞驗算。在抗疲勞設(shè)計時，只考慮可變作用。2、 公路橋梁抗疲勞設(shè)計應(yīng)根據(jù)5.7.2條~5.7.4條中的3種疲勞荷載模型進(jìn)行驗算。,,5.7.2疲勞荷載模型I ：采用車道荷載進(jìn)行整體構(gòu)件疲勞驗算 5.7.3 疲勞荷載模型II：采用標(biāo)準(zhǔn)疲勞車進(jìn)行構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞驗算 5.7.4 疲勞荷載模型III：采用實橋交通調(diào)查數(shù)據(jù)作為制定疲勞荷載的依據(jù),2024/4/3,Tongji University, Qingtia

19、n Su,20,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件疲勞強度計算理論,,,疲勞荷載模型I ：,,,1 、疲勞荷載模型I用于橋梁結(jié)構(gòu)中整體構(gòu)件疲勞驗算；2 、疲勞荷載模型I為等效的車道荷載。集中荷載為0.7Pk，均布荷載為0.3qk。Pk和qk按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范(JTG D60-2004)》第4.3.1條取值；3、 最大應(yīng)力 和最小應(yīng)力 由集中荷載與均布荷載的最不利排列確定；,,4 、計算 和 應(yīng)

20、考慮多車道折減的影響,5、 疲勞壽命驗算要求滿足：,式中： ——常幅疲勞極限，見圖5.7.5-1。,2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,21,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件疲勞強度計算理論,,,疲勞荷載模型II ：,,1 、疲勞荷載模型II用于構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞驗算；2、疲勞荷載模型II為四軸單車模型，軸重、軸距與輪距的布置如下。,,,,,,(c)疲勞荷載輪軸分布,(a)公路I級疲勞荷載

21、,(b)公路II級疲勞荷載,2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,22,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件疲勞強度計算理論,,,疲勞荷載模型II ：,,,3、 疲勞壽命驗算要求滿足：,式中： 為疲勞荷載效應(yīng)分項系數(shù)，,,,結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。對于冗余桿件，,。對于關(guān)鍵桿件，,,結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。對于冗余桿件取1.0，對于關(guān)鍵桿件取1.15.,,,,,疲勞抗力，對應(yīng)于200萬次疲勞抗力應(yīng)力幅，根據(jù)具體的疲勞細(xì)

22、節(jié)取值,等效應(yīng)力幅，按下式計算,,為單車加載得到的應(yīng)力最大值和最小值,為損傷等效系數(shù),,,,,為不同跨徑橋梁的損傷影響系數(shù),為荷載修正系數(shù),為交通量影響系數(shù),為其他車道重車影響系數(shù),為考慮疲勞極限的最大取值,,,,,2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,23,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件疲勞強度計算理論,,疲勞荷載模型III ：,,1 、疲勞荷載模型II采用實橋交通調(diào)查數(shù)據(jù)作為制定疲勞荷載的依據(jù) ；2

23、、制定疲勞荷載模型應(yīng)考慮行車方向、車道數(shù)量、車道類型、車輛間距、車輛類型、車輛軸重的影響 ；3、計算時根據(jù)驗算疲勞細(xì)節(jié)的應(yīng)力影響線加載形成應(yīng)力歷程，用雨流法或泄水法計數(shù)形成應(yīng)力譜，得到 4、疲勞荷載模型III采用下式 驗算,,,,,,,式中： 為疲勞荷載效應(yīng)分項系數(shù)，,結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。對于冗余桿件取1.0，對于關(guān)鍵桿件取1.15.,疲勞應(yīng)力譜中應(yīng)力幅,的加載次數(shù),疲勞應(yīng)力譜中應(yīng)力幅,的加載次數(shù),疲勞應(yīng)力譜中應(yīng)力幅

24、 的加載次數(shù)；,疲勞細(xì)節(jié)曲線中與應(yīng)力幅 對應(yīng)的疲勞壽命,,,,2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,24,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件疲勞強度計算理論,,疲勞抗力,,,,,,,,,,鋼結(jié)構(gòu)的疲勞抗力用對應(yīng)于不同疲勞細(xì)節(jié)的S-N雙對數(shù)曲線表示。每個疲勞細(xì)節(jié)用其對應(yīng)于2.0×106次疲勞壽命的應(yīng)力幅標(biāo)識。疲勞細(xì)節(jié)的常幅疲勞極限對應(yīng)于曲線上疲勞壽命為5.0×106的應(yīng)力幅，

25、截止限對應(yīng)于疲勞壽命為1.0×108的應(yīng)力幅。在疲勞分析時，應(yīng)力譜中所有低于截止限的應(yīng)力循環(huán)可以忽略不計。,剪應(yīng)力疲勞細(xì)節(jié)曲線,正應(yīng)力疲勞細(xì)節(jié)曲線,2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,25,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件疲勞強度計算理論,,疲勞細(xì)節(jié),,,,,,,,,2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,26,第一節(jié) 鋼橋構(gòu)件疲勞強度計算理論,,疲勞細(xì)節(jié)

26、,,,,,,,,,2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,27,,,,,,,5.2.3 軸心受壓整體穩(wěn)定系數(shù)，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件的長細(xì)比、鋼材屈服強度和表 5.2.4的截面分類按下式計算，取截面兩主軸穩(wěn)定系數(shù)中的較小值。,,返回,(5.2.3-1),,(5.2.3-1),(5.2.3-2),(5.2.3-3),(5.2.3-4),,,,其中， 相對長細(xì)比按下式計算：,2024/4/3,Ton

27、gji University, Qingtian Su,28,,,,,,,式中， ——軸心受壓構(gòu)件彈性穩(wěn)定歐拉應(yīng)力；l——軸心受壓構(gòu)件長細(xì)比，無可靠資料時可按本規(guī)范第5.2.4條或有限元方法計算；a——參數(shù)，根據(jù)表5.2.3-1取值；,,返回,,,,,表5.2.3-1 軸心受壓整體穩(wěn)定系數(shù)的截面分類,2024/4/3,Tongji University, Qingtian Su,29,,,,,,,,返回,