[发明专利]用于正交异性钢-混组合桥面板界面抗剪的设计方法

说明书

本发明公开了一种用于正交异性钢‑混组合桥面板界面抗剪的设计方法，将空间受力的正交异性钢‑混组合桥面板等效成单向受力的多跨连续梁，再进行层间剪应力的计算，进而进行抗剪连接件的布置设计，包括：1、计算车轮荷载对两个横隔板的跨中截面弯矩影响线系数μ；2、计算正交异性钢‑混组合桥面板的纵桥向计算宽度b₀；3、计算纵肋的等效弹性支承刚度K₀；4、基于前三步得到的计算结果，构造正交异性钢‑混组合板横桥向计算模型；5、采用结构力学方法计算横桥向层间剪应力；6、进行剪力件的布置设计。本发明方法克服传统有限元计算建模工作量大、对不同工程不具有通用性的缺点，力学概念清晰、实用性强，方便应用于正交异性钢‑混组合桥面板界面抗剪设计。

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术，尤其是涉及一种用于正交异性钢-混组合桥面板界面抗剪的设计方法。

背景技术

将钢顶板、纵向加劲肋和横向加劲肋通过焊缝连接而成的桥面板称为正交异性钢桥面板，由于纵桥向和横桥向的刚度明显不同而称之为“正交异性”，它以自重轻、极限承载力大、施工周期短等一系列优点而被广泛应用于大中跨度桥梁中。为提高桥面板刚度和对钢结构形成保护，正交异性钢桥面板上通常焊接剪力件后再浇筑混凝土，与正交异性钢桥面板形成“正交异性钢-混组合桥面板”。研究表明，正交异性钢桥面板与混凝土层之间的相对滑移会导致混凝土层底面和钢结构的应力增大，在车辆荷载的反复作用下，混凝土层会出现开裂，推移和脱层等病害，施工中需采取措施以保证两者之间的有效粘结。工程实践中通常采用栓钉连接件来实现正交异性钢桥面板与混凝土层之间协同工作，即栓钉是保证正交异性钢混组合桥面板发挥有效作用的关键构件。

传统正交异性钢-混组合桥面板界面抗剪设计的一般流程是：首先采用有限元方法计算得到混凝土层与钢板的层间剪应力值，然后选定抗剪件，进行剪力件的初步布置设计，最后再建立带剪力件的有限元模型进行计算分析，复核剪力件布置设计是否合理。正交异性钢-混组合桥面板由于纵横肋的加劲作用使得其受力呈现出纵横向不一致的特点，是复杂的空间受力结构，通常采用有限元方法进行受力分析，但有限元分析仅能提供离散的数值解，难以得到结构作用机理的闭式解，且建模计算消耗费用较高，对不同的工程结构不具有通用性。

由于正交异性钢-混组合桥面板的层间剪应力主要受局部车轮荷载竖向力影响，且横桥向层间剪应力控制着层间剪应力的设计。针对这一特点，提出一种具有通用性且力学概念清晰的用于正交异性钢-混组合桥面板界面抗剪的设计方法对于桥梁工程设计来说是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于针对采用传统的有限元分析方法存在建模分析工作量大、仅能得到离散的数值解且不具有通用性等缺陷，提供一种用于正交异性钢-混组合桥面板界面抗剪的设计方法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的用于正交异性钢-混组合桥面板界面抗剪的设计方法包括下述步骤：

第一步，设定单个车轮荷载的横桥向分布宽度为a，纵桥向分布宽度为b，横桥向荷载集度为q₀，对横隔板跨中截面弯矩影响线系数为μ：

首先构造一个横隔板间距长度L内车轮荷载的纵桥向位置对跨中截面弯矩的影响线，所述影响线为二次曲线，满足在一个横隔板间距内的数值积分为1，车轮荷载对横隔板跨中截面弯矩影响线系数满足：

(1)；

第二步，计算正交异性钢-混组合桥面板的纵桥向计算宽度b₀ ：