浅谈钢箱梁横隔板的受力

摘要：扁平钢箱梁横隔板受到的约束复杂，横隔板要抵抗截面的畸变和横向挠曲。因此就会产生这两种作用下的应力本文利用有限元软件，充分模拟梁段的相关构造，对扁平钢箱梁横隔板在车辆荷载作用下受力行为做了计算，分析了应力分布及其规律。

关键字：扁平钢箱梁；横隔板；有限元

中图分类号：U448.21+3文献标识码： A 文章编号：

0、引言

现代大跨度斜拉桥、悬索桥加劲梁的截面形式大部分为析架式或为扁平钢箱梁。扁平箱梁由于自重轻，迎风面积小，而且断面的抗扭刚度大，在工程上可以采用标准化生产速度快、质量高，同时在防腐涂装以及养护维修等优点。

1、计算概述

一般的扁平箱梁的截面由底板、腹板以及顶板、横隔板和风嘴构成。本文将根据实腹式钢箱梁来对这种箱梁的受力进行计算，分析其受力。扁平钢箱梁横隔板受到较为复杂的约束，因此在抵抗在这些约束中将有各种应力的共同作用，如抵抗横截面的畸变和横向挠曲变形，在这两种作用下的应力。在英国和日本规范中都有了关于这方面规定，但是对于横隔板及其相关构造做细致的有限元分析计算的都很少，本文大概对其扁平钢箱梁在车辆荷载作用下受力做了计算和分析其规律。在桥梁的纵向,钢箱梁桥面板上的荷载由桥面板传给纵向加劲肋,再由纵向加劲肋传给横隔板,因此,横隔板相当于纵肋的弹性支撑,.减小了纵向加劲肋的跨度和受压失稳时的自由长度;在桥梁的横向,横隔板和有效宽度内的钢箱梁的上下翼缘共同作用相当于一个上缘受压的工字梁,另外由于横隔板还要承受钢桥面的自重、二期恒载和汽车荷载,尤其是汽车车轮下的局部压应力比较大。在横向正应力、竖向正应力和剪应力的共同作用下,横隔板的稳定性比较突出。另外,横隔板对纵向加劲肋的弯曲还有约束作用,但是由于横隔板的厚度较薄，高度较高,因此,在纵向加劲肋弯曲时对其的约束作用比较小,设计时通常不考虑。

3、计算模型：

采用大型通用空间有限元程序进行计算。钢箱梁块件采用壳体单元模拟。约束条件：A、B、D点处简支（仅约束竖向线位移），C点约束三向线位移。考虑横坡（2%）影响，按实际尺寸取右半桥横桥向矮半箱梁建立空间实体模型。

4、计算结果和分析

应力符号按正号受拉,负号受压规定"本文中其他数据若无说明亦按此规定"以顺桥向为x轴,以垂直桥面向上为y轴,以横桥向为z轴,对于横隔板,横向应力表示z轴方向应力；竖向应力表示y轴方向应力；剪应力是指yz平面内的剪应力。下面两个图是计算结果云图。

图 1 横隔板顺桥向应力（单位：Pa）

图 2 横隔板横桥向应力（单位：Pa）

由横隔板应力云图可看出：横隔板在全桥最不利作用组合作用下，最大压应力为主压应力，值为57.2MPa，出现于中跨跨中附近横隔板；最大拉应力为主拉应力，值为92.4MPa，出现于中跨跨中附近横隔板；最大剪应力39.7Mpa，出现于中跨跨中附近横隔板。各应力云图中应力变化较均匀，应力分析结果表明横隔板各应力皆小于所选钢材Q345D的容许应力。

从计算可以看出，横隔板的作用就像箱梁的U肋和顶板下面的竖直方向的支撑，如果这些支撑的间距缩小了，可以很好的把荷载减小下来，当横隔板的间距逐渐减少时，横隔板的数量增加，则钢箱梁的最大横向应变的数值将会渐渐减小。在钢箱梁的端部的支撑则对顶板的应变的影响是不明显的。

5、总结

通过利用有限元仿真计算可以在一定程度上能够实现对其箱梁的优化。钢箱梁平面上二维受力特性明显, 也就是横向应力水平和纵向应力水平相差不大。实际工程中如采用三维模型困难时, 可采用有效宽度等近似估算方法进行分析, 该方法偏保守, 可满足结构的安全性要求。钢箱梁在支座附近面板纵横向应力均较大, 且应力较大的区域集中在支座附近, 根据这一特征, 可将支座附近面板加厚; 支座附近腹板剪力分配不均匀, 中腹板剪应力较大, 边腹板较小, 根据计算结果可将结构优化调整大挑臂箱梁除注意应力控制外, 更需注意变形的控制。

参考文献

[1]娄键. 钢箱梁桥面板横向挠度分析[D].合肥工业大学,2003,(3)；

[2]周建林,吴冲.大跨度斜拉桥扁平钢箱梁悬臂拼装截面变形分析[J].同济大学学报（自然科学版）.2005(6)

[3]张太科,周小蓉. 大跨度桥梁钢箱梁设计要素简述[J]中外公路,2005,(08)；

[4]刘承虞. 湛江海湾大桥钢箱梁设计[J]中外公路,2006,(05);

[5]周世忠. 江阴长江大桥建设中的重大技术问题[J].桥梁建设,2002,(2);

作者简介：

冯双龙（1987，男，助理工程师，主要从事大跨径桥梁施工方面的工作，中铁九局集团有限公司第七工程公司）