波形钢腹板箱梁有效分布宽度分析
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摘要：为了研究超大断面波形钢腹板箱形截面梁这种钢混组合结构梁的整体承载能力，基于ansys有限元平台建立32m的等截面波形钢腹板箱梁，对其钢混组合结构梁在不同几何参数及加载方式下进行模型计算和对比，得到了各个不同参数下纵桥向的坐标-应力分布曲线，进而计算得到了各个敏感参数对有效分布宽度变化的重要系数，对于这种钢混组合结构箱梁的有效分布宽度计算与规范所给的公式进行了对比分析；基于对该结构有效分布宽度的计算，简化了桥跨节段模型试验的加载方式，使得加载数值与实桥加车状态相拟合。
关键词：波形钢腹板 有效分布宽度 敏感参数
1.1有效分布宽度的意义
根据某桥跨截面
桥面板在车轮荷载作用下，在桥面板的计算中，板在局部分布荷载P的作用下，不仅直接承压部分的板带参加工作，与其相邻的部分板带也会分担一部分荷载共同参与工作，需要确定所谓板的有效工作宽度a。
1）对板而言，以宽度为a的板条承受总弯矩，既满足总弯矩的要求。
2）对荷载而言，荷载只在a范围内有效且均匀分布，则荷载集度q=p/2ab
1.ansys有限元模型分析
2.1有限元模型的建立
在建立有限元模型过程中，混凝土板采用8节点钢筋混凝土实体单元solid65，每个节点有三个自由度，即x，y，z三个方向的线位移，波纹钢腹板采用4节点弹性壳单元shell63，每个单元有6个自由度，即x，y，z三个方向的平动自由度和绕x，y，z的转动自由度，图4为整体模型；由于混凝土和钢腹板之间是通过连接键进行连接的，假定连接件是固结，在建模过程中，将混凝土和波纹钢腹板的接触面进行共节点的耦合，从而解决了因混凝土单元和壳单元因自由度不同不能限制转动自由度的问题，如图5所示。对于钢腹板和混凝土材料均采用弹性分析，波纹钢腹板弹性模量取2.06e11Pa，泊松比0.3，混凝土弹性模量取3.45e10Pa。为了使节段试验模型桥面板加载效果接近实桥状态的受力状况，根据单向板要求建立梁段模型l=32m使其长宽比l/b>2.5，总共有10个波纹段，根据《公路桥涵及通用规范JTG D60-2004》施加超20级后轴单个车轮重P=70KN，考虑车轮与地面接触面积0.6×0.2m2。
为了研究波纹钢腹板厚度，高度，加载位置这些因素对桥面有效分布宽度的影响，在ansys模型中改变几何参数和加载位置，求出混凝土桥面板的最大正应力数值，绘出沿桥面板纵向的应力分布曲线，根据上式求得桥面板的有效分布宽度。
2.2.波形钢腹板厚度的影响
根据实际情况选取不同腹板厚度t1=14mm t2=18mm，t2=22mm，选定腹板高度并在跨中施加车轮荷载，得到如图6所示的应力分布曲线，根据有效分布宽度计算公式得出三种腹板厚度下的有效分布宽度；
通过应力分布曲线可知，随着波纹钢腹板厚度的增大，两支承点的刚度逐渐增大使得桥面板跨中路径应力总和减小，应力峰值增大，有效分布宽度逐渐减小，对其数值计算，腹板厚度每增大1mm，对有效分布宽度减少约有1.3%。
2.3.波纹钢腹板高度的影响
选取不同腹板高度H1=2.12mm，H2=3.32m，H3=5.10m选定腹板厚度及加载位置，得到的应力分布曲线，进而得出三种截面高度下的有效分布宽度，
通过应力分布曲线可知，随着波纹钢腹板高度的增大，两支撑点的刚度逐渐减小使得桥面板跨中路径应力总和增大，应力峰值减小，有效分布宽度逐渐增大，对其数值计算可见，腹板高度每增大1m，对其有效分布宽度增大越有12%。
2.4.加载位置的影响
在统一截面梁上分别在桥面板跨中，L/4处，腹板支撑处及翼缘板处施加车轮荷载，由各个应力分布曲线计算不同荷载位置处的有效分布宽度，同时根据桥梁规范计算有效分布宽度，绘制单个车轮荷载作用下桥面板有效分布宽度。
由图11可知，有限元计算值除了悬臂板部分，其余值都比规范值偏大，可见，规范值相对于设计偏安全计算，规范指出悬臂板跨径过大时，板在车轮荷载下受力复杂，故不能使用该公式，一般c值不大于2.5m，该截面悬臂板为3.75m属于变截面长悬臂板，所以规范值与实际值相差较大。
4结语
（1）本文通过ansys有限元计算得出波形钢腹板箱梁在不同腹板厚度，不同腹板高度，不同荷载位置下的纵向应力分布曲线，并通过有效分布宽度公式计算相应的有效分布宽度，进行数值对比分析。
（2）对于波形钢腹板组合箱梁有效分布宽度的影响因素主要有腹板厚度，腹板高度，加载方式，其中腹板厚度每增大1mm，对有效分布宽度减少约有1.3%；腹板高度每增大1m，对其有效分布宽度增大越有12%；单个车轮荷载下对桥面板的有限分布宽度比规范值较大。
参考文献：
[1]波形钢腹板组合箱梁的顶板横向受力有效分布宽度试验研究.中外公路，2009年29卷第5期；