钢箱梁横隔板刚度设计理论与试验

doi:10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20241341

摘要/Abstract

摘要：

从畸变基本理论出发，推导得到不同横隔板间距条件下钢箱梁横隔板最小刚度的计算理论及公式。在此基础上根据能量守恒原理，明确了横隔板最小刚度公式的适用范围。采用有限元分析方法，研究了常规钢箱梁截面横隔板间距不同对畸变效应的影响，在此基础上分析并解决了钢桥规范公式在计算较小间距横隔板却需要超厚横隔板的问题，为常规钢箱梁合理设置横隔板提供明确的理论指导。以在建“世界第一跨径钢混组合梁桥”为背景桥梁，设计大比例缩尺试验研究扭转工况下横隔板刚度变化对钢箱梁变形的影响。采用了3D扫描技术和三维有限元方法对试验结果进行分析，研究表明横隔板刚度在提供基本约束的情况下，横隔板刚度变化对箱梁畸变效应的影响十分有限。

关键词: 桥梁与隧道工程, 钢箱梁, 畸变角, 弹性地基梁, 横隔板刚度, 横隔板间距

Abstract:

This paper， based on fundamental distortion theory， derives theoretical formulas for calculating the minimum diaphragm stiffness of steel box girders under different diaphragm spacing conditions. On this basis， using the principle of energy conservation， the applicable range of the minimum diaphragm stiffness formula is clarified. Finite element analysis is used to study the impact of varying diaphragm spacing on the distortion behavior of conventional steel box girder sections. This analysis addresses and resolves the issue present in design codes， where excessively thick diaphragms are required for small spacings， providing clear theoretical guidance for the rational placement of diaphragms in conventional steel box girders. Using the "world's longest-span steel-concrete composite girder bridge under construction" as a case study， a large-scale reduced model test was designed to investigate the impact of diaphragm stiffness variations on the deformation of steel box girders under torsional conditions. 3D scanning technology and finite element methods were employed to analyze the test results， and the research shows that once the diaphragm stiffness provides basic constraints， further changes in stiffness have a very limited effect on the distortion behavior of the box girder.

Key words: bridge and tunnel engineering, steel box girder, distortion angle, elastic foundation beams, diaphragm thickness, diaphragm spacing

中图分类号:

U442.5

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图/表 26

图1

表1

类比弹性地基梁与箱梁畸变"

弹性地基梁	参数	箱梁畸变	类比的参数
$E I b y (4) + k y = q$	-	$E I 11 γ (4) + E I R γ = V d B$	-
$E I b$	抗弯刚度	$E I 11$	抗畸变翘曲惯矩
$k$	地基模量	$E I R$	抗畸变框架刚度
$q$	分布荷载	$V d B$	畸变垂直分力偶
$y$	挠度	$γ$	畸变角

表1

表2

图2

图3

图4

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图5

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图6

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参考文献 20

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构造尺寸/mm	截面1 （b/h=1.0）	截面2 （b/h=1.2）	截面3 （b/h=2.0）
顶板宽度	2 500	3000	5000
顶板厚度	20	20	20
底板宽度	2 300	2 800	4 800
底板厚度	32	32	32
腹板高度	2 500	2 500	2 500
腹板厚度	10	10	10
上翼缘宽度	100	100	100

横隔板厚度t_D/mm	h/L_D=0.4	h/L_D=0.6	h/L_D=0.8	h/L_D=0.9	h/L_D=1.0
2	8.45E-05	6.03E-05	4.66E-05	4.44E-05	4.35E-05
4	6.16E-05	3.74E-05	2.97E-05	2.75E-05	2.60E-05
6	5.59E-05	3.17E-05	2.40E-05	2.18E-05	2.03E-05
8	5.31E-05	2.89E-05	2.12E-05	1.90E-05	1.75E-05
10	5.13E-05	2.72E-05	1.95E-05	1.73E-05	1.58E-05
12	5.02E-05	2.61E-05	1.84E-05	1.62E-05	1.47E-05
14	4.93E-05	2.53E-05	1.75E-05	1.54E-05	1.39E-05
16	4.87E-05	2.46E-05	1.69E-05	1.48E-05	1.33E-05
18	4.82E-05	2.42E-05	1.65E-05	1.43E-05	1.28E-05
20	4.78E-05	2.38E-05	1.61E-05	1.39E-05	1.24E-05
22	4.74E-05	2.35E-05	1.58E-05	1.36E-05	1.21E-05
24	4.71E-05	2.32E-05	1.55E-05	1.33E-05	1.18E-05

桥名	最大跨度	梁宽（不计翼缘）	主截面梁高	b/h
Sneyer桥	164	7.5	6.4	1.17
城凯岛桥	95	7.0	5.0	1.40
琵琶湖桥	140	7.0	5.5	1.27
米山桥	93	7.5	4.5	1.67
京滨大桥	130	5.5	5.0	1.10
河口湖大桥	130	7.5	6.1	1.23
饰磨临海大桥	165	8.5	6.5	1.31
海田大桥	250	8.5	9.0	0.94
第二留萌川桥	163	7.8	6.0	1.30

h/L_D	修正厚度/mm	规范计算厚度/mm	修正系数λ
0.4	4≤t_D≤6	1.75	2.86
0.6	4≤t_D≤6	5.91	0.84
0.8	4≤t_D≤6	13.94	0.35
0.9	4≤t_D≤6	20.03	0.25
1.0	4≤t_D≤6	27.24	0.18