汽车荷载下钢箱梁顶板加劲肋受力研究

汽车荷载下钢箱梁顶板加劲肋受力研究

焦晖、张晨、杨树羽

中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西西安  710065

摘要：钢箱梁顶板加劲肋是车行桥钢梁承受汽车荷载的重要传力构件，常用的加劲肋类型分为U型肋和倒T型肋两种，因这两种加劲肋在结构类型、传力模式、整体布置等方面存在一定程度的差别，从而导致钢箱梁顶板第二体系应力大小的不同。本文通过对在建某工程盘道一号桥和二号桥两种不同加劲肋分别进行受力分析，研究其对第二体系应力的影响。

关键词：顶板加劲肋；钢箱梁；汽车荷载；第二体系应力

1工程概况

盘道一号桥和二号桥是陕西省榆林市米脂县银州南路上的两座高低连接线盘道桥，是该地区的标志性工程之一。

2主要技术标准

（1）道路等级：城市次干道；

（2）设计速度：30km/h；

（3）设计使用年限：100年；

（4）设计荷载：城-A级；

3加劲肋设计

3.1 加劲肋选型

盘道一号桥整体位于半径R=43.448m的圆曲线上，由于曲线半径过小，钢箱梁顶板采用倒T型肋；盘道二号桥整体位于R=400m圆曲线接直线上，由于曲线半径较大，钢箱梁顶板采用U型肋。

3.2 加劲肋布置和尺寸

盘道一号桥和二号桥横隔板间距均为2m，箱室宽度均为3.4m；U型肋布置间距为0.6m，一个箱室内共布置5道，倒T型肋布置间距为0.35m，一个箱室内共布置9道。加劲肋结构尺寸见图1和图2。

图1 U型肋尺寸图        图2 倒T型肋尺寸图

4第二体系应力计算

4.1 模型建立

分别建立顶板U型肋和顶板倒T型肋有限元计算模型，长度按三跨横隔板，宽度按一个箱室建立，有限元计算模型见图3和图4。

图3 U型肋建模图               图4 倒T型肋建模图

U型肋和倒T型肋截面特性见图5和图6。

图5 U型肋截面特性图                图6  倒T型肋截面特性图

4.2 计算参数

4.2.1 永久作用

永久作用主要包括结构自重、二期荷载。

加劲肋采用Q355D钢材，自重荷载按构件断面面积乘以材料重力密度计算，其材料重力密度为78.5kN/m3。

结构二期恒载包括桥面现浇层、铺装层重量。混凝土现浇层按25kN/m3；沥青铺装层按24kN/m3计算。

4.2.2 可变作用

本桥荷载等级为城-A级，局部计算采用车辆荷载，单个车轮处P=100kN。车轮着地尺寸b×h=0.6m×0.25m。并沿铺装层按45°扩散至顶板顶面。

4.3 计算结果

4.3.1 顶板设置U型肋

钢箱梁顶板设置U型肋时，第二体系应力计算结果见图7、图8。

图7 顶板板顶应力图                图8 顶板板底应力图

第二体系主梁顶板最大压应力为-26.8MPa，最大拉应力为21.6MPa。

4.3.2顶板设置倒T型肋

钢箱梁顶板设置倒T型肋时，第二体系应力计算结果见图9、图10。

图9 顶板板顶应力图                图10 顶板板底应力图

第二体系主梁顶板最大压应力为-63.2MPa，最大拉应力为43.7MPa。

4.3.3 结果分析

根据以上计算结果，U型肋刚度较大，顶板第二体系应力均小于倒T型肋，受力方面U型肋更优。

4.4 经济性比较

U型肋尺寸和刚度较大，布置间距相应较大，布置个数较少；倒T型肋尺寸和刚度较小，布置间距相应较小，布置个数较多。

以本文引用项目为例，单个箱室共布置5道U型肋或9道倒T型肋。单个U型肋截面面积为5692mm2，5道U型肋每延米用钢量为5×0.005692×7850=223.4kg；单个倒T型肋截面面积为3320mm2，9道倒T型肋每延米用钢量为9×0.00332×7850=234.6kg

两种加劲肋用钢量基本相同，倒T型肋略高于U型肋。

5结语

本文以实际工程为例，通过分析计算比较了车行桥钢箱梁常用顶板加劲肋的受力性能并得出结论，U型肋在受力性能和经济性方面均优于倒T型肋，设计时宜优先采用。本文成果可为类似桥梁设计提供有益参考。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部．城市桥梁设计规范: CJJ11-2011[S].北京:中国建筑工业出版社，2019．

[2]中华人民共和国交通部．公路钢结构桥梁设计规范:JTGD64—2015[S].北京:人民交通出版社股份有限公司，2015．