波紋鋼腹板的剪切屈曲荷載影響因素分析

2012-08-02 11:39:44孫建民

黑龍江交通科技 2012年4期

孫建民

(新疆交通規劃勘察設計研究院)

0 前言

目前使用波紋鋼腹板材料作為橋梁結構是一種新型的橋梁，其具有輕質的的特性，從而降低了主橋梁的自身重量，可以替代原有的混凝土腹板材料橋梁。

以前常采用線性理論來分析波形鋼腹板的剪切屈曲模式和極限荷載，但是它完全沒有考慮材料的塑性和初始幾何缺陷的影響。本文通過對預應力波紋鋼腹板的腹板厚度、波高、斜板傾角等參數的變化分析，得出這些參數對波紋鋼腹板屈曲的影響，旨在對波紋鋼腹板主梁的合理設計提供參考

1 屈曲強度計算理論

假設波形鋼腹板的平板是相互分離，且是簡支鋼板條，計算局部屈曲強度公式

式中:b 為平板長度，(平板長度≥斜板長度);t 為波形鋼腹板厚度;ν 為泊松比。

k 為剪切屈曲系數，令α=hw/w 有:

波紋鋼腹板整體彈性屈曲強度計算公式(Bergmann －Reissne)

式中:Dx為X 坐標單位長度抗彎剛度;Dy為Y 坐標單位長度抗彎剛度;t 為波形鋼腹板的厚度;hw為波形鋼腹板高。

2 空間有限元模型

波紋鋼腹板的剪切屈曲極限荷載力與腹板的大小和形狀有直接的關系，理論設定初始幾何變形幅值:腹板短邊長度的1/1 000 取值，分析其波紋的波高和水平面板寬度等形狀因素，找到屈曲荷載的變化規律。

2.1 板厚變化

波形鋼腹板的形狀如圖1 所示，波形鋼腹板波長取值q=1 600 mm，波高為hf=220 mm，直板段寬b =430 mm，斜板傾角為θ =30.7°。板厚分別為6. 0 mm，8. 0 mm，10. 0 mm，12.0 mm，14.0 mm 和16.0 mm，分析板厚對屈曲荷載的影響，其他參數保持不變。

通過分析，橋梁結構剪切破壞的關鍵是剪切屈曲，與材料剪切屈服強度關系不大，所以在剪切屈服強度的基礎上增加相應的穩定安全系數，可以加大橋梁結構的抗剪強度。

2.2 波高變化

通過分析，在保持傾角不變的前提下控制波高并確保斜板寬度小于直板段寬度，這樣可以防止屈曲過早發生破壞。

圖1 波形鋼腹板波紋形狀圖

2.3 斜板傾角變化

通過分析，斜板傾角的變化對于波形鋼腹板的極限屈曲應力的影響較大，傾角越大屈曲應力越大，所以在實際建設中，在滿足設計要求的前提下盡量增大斜板傾角可以提高波形鋼腹板的結構性能。

2.4 直板段寬度變化

通過分析，平板寬度取值330 mm、430 mm、480 mm、530 mm、630 mm，分別對相應長度的波形鋼腹板屈曲極限應力以及對應的最大屈曲位移進行計算，得出結論波形鋼腹板的水平段長度480 mm，因為如果水平段長度超過這個范圍會發生局部屈曲破壞。相對于波形鋼腹板的水平段長度其寬度的影響可以忽略不計。