U肋的设计

1． U肋的设计：现在参考海沧大桥，采用的是高280，顶宽300，底宽169，安庆长江大桥

和他一样。东营黄河桥采用的是高265，顶宽300，底宽192，请问U肋的大小有没有受成品钢的限制，还是自己可以设计，到工厂自己加工？

2.偏球扁钢高度的确定:偏球扁钢加劲肋的高度有没有定型产品，在那能找到资料？ 3。人洞大小的设计：考虑到工地焊接需要，在横隔板设计人洞，最小的人洞，能到多少，（由于钢箱才1.2米左右，布置人洞不可能太大）

1、关于采用U肋作钢桥面铺面板的钢箱梁。

由于桥面板是直接承受车辆荷载的构件，根据美国规范计算顶板最小厚度，为12mm，采用U形加劲肋进行加劲。U肋与顶板的焊缝是在极其复杂的交变应力条件下工作，单个车轮着地最小宽度约为300mm（见桥涵设计通用规范重载汽车），因此为减小顶板在横桥向的变形，考虑设计，U肋一般设计为上口宽300mm，间距为600 mm。为保证U肋与顶板间的焊缝熔透率不小于80%，同时焊接时顶板不发生较大的瘦马变形，U肋一般取为6mm厚，要求U形加劲肋同顶板采用单面坡口焊接。U形加劲肋采用热轧钢带冷辊轧的方式加工成形，U形加劲肋同横隔板的焊接采用手工贴角焊缝。根据日本的经验，为保证柔性路面的耐久性，其构成的横桥向刚度在重车轮重作用下的变形不得大于0.40mm。根据计算，U肋高度取为280mm，底宽取为170mm。 okok.org

2、关于楼主所设计的钢箱梁。

楼主设计的桥梁为20+46+66+20的悬索桥，桥梁总宽度6米，主要是行小车，为节省造价，楼主不应考虑桥面板采用U形加劲肋，采用倒T形加劲肋即可，板厚10mm，T宽80mm，高度160mm，肋间距300mm，上述尺寸仅供参考，具体尺寸可能过桥面板计算确定。 okok.org

3、关于焊缝符号。

S、Z为老规范规定，新规范有所变化，见GB/T324-88。举例如下 111——带焊条的手工电弧焊 12 ——埋弧焊 121——丝极埋弧焊 122——带极埋弧焊

13 ——熔化极气体保护焊 ………… okok.org

4、关于钢箱梁有效宽度。 这么窄的桥，我认为可按全宽算

本人曾从事过多年的钢箱梁的设计和计算工作，曾参加过国内多座斜拉桥和悬索桥钢箱梁的计算工作。对钢箱梁的计算方法和设计细节的优化很感兴趣。欢迎现在从事钢箱梁设计的同行介绍钢箱梁的新算法和设计细节的优化。

根据我以前计算江阴长江大桥、南京长江二桥和湖北军山长江大桥钢箱梁的一些经验和教训，我自己私下认为需要考虑以下几个方面的问题： 一 钢箱梁的第二和第三体系应力的计算工作

如果取一段钢箱梁模型采用有限元理论计算，必然钢箱梁的第一系体应力、第二体系和第三体系的应力无法分开。但设计规范都是只采用第一和第二体系应力的组合，因此必须

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计算第二体系的应力才能按照国外的规范（英国桥梁设计表准BS5400、日本本四联络线上部结构设计标准等规范）进行组合并检算。我开发了专门计算钢箱梁第二体系应力的程序OSAP可以分别按照Peklian－Esslinger法和等效格子梁计算钢箱梁的第二体系和第三体系的应力。

二 钢箱梁横隔板和腹板的应力、稳定分析和优化

钢箱梁的横隔板和腹板是加劲板，其应力、稳定分析能够为设计提供有力的依据。首先应该分析横隔板(尤其是吊点横隔板和支座位置处和主梁吊机前支点的横隔板)和腹板的应力场，再根据加劲板理论计算多向应力状态下横隔板和腹板的稳定性(按照BS5400、日本规范和德国规范)。例如下图所示的多向应力状态下的加劲板的稳定性和屈曲安全度。我开发的SBBA程序可以按照多种规范进行加劲板的稳定性和屈曲安全度的计算。

根据应力和稳定性分析的结果优化加劲肋的尺寸、加劲肋的位置，人洞和电缆洞在横隔板上的位置等设计细节。

三 钢箱梁疲劳等级的验算和设计细节的优化

正交异性板结构的构造细节很难在国外和国内的规范中找到它对应的疲劳等级，西南交通大学曾参考英国运输部运输与道路研究所(TRLL)关于正交异性板疲劳等级的报告进行过国内多座钢箱梁的疲劳计算。参考计算结果和日本、丹麦处理钢箱梁的经验，对设计细节进行优化。

四 钢箱梁有效宽度的计算

流线型扁平钢箱梁的高宽比比较小，其结构行为接近于板的结构行为。尤其是大跨度斜拉桥的钢箱梁，轴力和弯矩都会引起剪力滞后效应，导致上下翼缘的有效宽度减小。大跨度斜拉桥的钢箱梁有的设置了纵隔板，其剪力滞后效应的计算更为复杂，可以采用计算影响线区间加载的方法计算过多座斜拉桥钢箱梁的剪力滞后问题，并开发了相应的程序。 五 采用薄壁杆件理论验算钢箱梁

闭口的流线型扁平钢箱梁是超静定结构，其结构行为接近于板的结构行为。其弯曲剪力流和扭转剪力流的计算都比较复杂。准备采用薄壁杆件理论计算斜拉桥钢箱梁的弯曲剪力流、扭转剪力流、翘曲和畸变应力，然后才能采用BS5400对钢箱梁的强度进行验算。 六 施工阶段钢箱梁的横向变形问题

大跨度悬索桥采用的大览吊机，而大跨度斜拉桥的多数采用是主梁吊机，在施工阶段，由于吊机作用在刚架设好的钢箱梁的横隔板上，其横隔板的变形在桥梁的横向类似于简支在斜拉索上的简支梁。而刚准备架设的钢箱梁在横向的变形相当于一个带悬臂的简支梁，虽然纵向变形可以通过斜拉索的索力调节，但是横向变形却不易调整，只能靠马板夹平。通过建立空间有限元模型计算起吊梁段和吊机作用梁段的横向变形差。以便为施工阶段提供有力的计算资料，并作好施工措施的准备。

七 钢箱梁锚固区的静力计算、试验，疲劳试验和疲劳等级的评估 八 钢箱梁是采用全焊还是栓焊？等问题 这些问题在设计中经常遇到，如果在设计阶段就重视这些问题可以提高设计的质量，节约工程造价。同时提高我国的桥梁设计水平。 以上是我一些不太成熟的看法，希望得到同行的指正，同时也希望和大家一起讨论或参与钢箱梁的设计工作。 谢谢大家！

请问横隔板与顶板(上翼缘板)是角焊缝还是熔透T形连接?主要是担心走车作用. 这问题我想过很长时间,一时也没找到答案.

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楼上的兄弟你好：

你所说的问题，我也没有仔细翻阅过资料，我私下认为因为横隔板和钢箱梁的顶板形成一个横向受弯的工字梁。因为走车最好采用熔透的T形接头？不知你如何看待这个问题。大家相互学习阿！

我的观点与你一样.象桥面板中的U形闭口肋是与顶板半熔透焊接(因为里面封闭无法操作故只能单面焊,某些桥加适当的内衬),考虑的也是走车作用.

如果横隔板和钢箱梁的顶板是双面角焊缝的话,承载力和疲劳较难考虑.也许这样也行.主要看工程实践证明了.

如果采用熔透T形连接的话,工作量不会增加多少(焊缝等级可同双面角焊缝),焊接变形在现有条件下应该不成问题.

工业上的重型吊车梁均为熔透T形连接.

另一个问题:横隔板与底板焊接,对底板的抗疲劳又如何考虑,斜拉桥应该好控制,因为有水平压力;而吊桥应力幅会很大,记得有70~80MPa,看美国的规范应该不满足,不知这个问题怎么回事?

从表面上看现在的有限元程序比较多，大家好像都可以用来计算钢箱梁。但是由于钢箱梁的构造和结构行为都比较复杂，采用板壳理论计算钢箱梁有些难以克服的弊端，下面举两个例子：

1) 不能将钢箱梁的第一体系应力、第二体系应力和第三体系的应力分开，而规范组合是采用第一体系（通常采用平面杆系程序计算的总体结果）和第二体系应力的组合。 2) 钢箱梁的构造复杂，即使采用ANSYS、MARC、ABQUS等非线性功能比较强的有限元程序，花费大量的计算，得到的结果也不理想。一般还是采用线性计算，即使采用非线性计算也不能考虑残余应力、制造缺陷等因素，得到的极限承载力偏高，用于设计偏于不安全。而且不能考虑每一根加劲肋。而规范是通过大量的试验和计算得到的考虑多种因素，而且对加劲肋的刚度也进行了限制，以便能为板块提供足够的支承作用。因此采用有限元程序很难计算出纵肋和横肋之间的每个板块的屈曲安全度。

实际上我国目前的斜拉桥的钢箱梁的梁高比较小大多小于3.5米，而且设计计算时基本没有考虑腹板和横隔板屈曲后形成的拉力带的作用，在钢箱梁的极限承载力计算方面还有许多工作要作阿！

工程实践是不断在发展的，以后不止是大跨度的悬索桥和斜拉桥才使用钢箱梁，也许大跨度的刚构、拱桥等也要使用钢箱梁，计算上海卢浦桥时的拱圈和钢箱梁时体会更感觉到这一点。

我现在在学习研究英国帝国理工大学、日本对钢箱梁和钢管作的一些试验工作和加劲板的屈曲计算方法。希望能对钢箱梁的结构行为有更深的理解。

如果有机会很高兴和大家共同参与钢箱梁的设计咨询和计算工作，以便提高水平。

本人上帖:\横隔板与底板焊接,底板有70~80MPa拉压应力,抗疲劳如何考虑的问题\我已经想通,原因汽车作用是\变幅疲劳计算\在最大应力幅上需再乘以\欠载效应的等效系数\

第三体系的应力 好象并不可怕，见小西一郎《钢桥》；

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至于细部模拟，随着计算机的容量和性能提高，只是工夫问题。换个角度，拿这些大型程序来模拟等效格子梁的计算总没问题吧。当然，需要设计者的理解深度。我更赞同老兄对规范的认识，分析只是手段而已。不过影响区加载到是比手工方便。

老兄若有什么资料，不纺公开让大家学习嘛。日本等的确从试验到规范要先进的多。 关于屈曲安全度，到是BS规定的细致。

极限承载力的概念要引入设计还得走很长时间，我 个人认为，况且不同国家加工制造水平不同，残余应力难以评估。 欢迎进一步讨论！

楼上的兄弟你好：

其实小西一朗在钢桥一书中对第三体系应力的介绍和计算方法比较粗略，第三体系的应力主要是横向应力，具体可以参考1963 AISC出版的正交异性板设计手册中对正交异性板的结构行为和计算方法的介绍，也许理解的程度要更深刻一些。

你所说的采用大型有限元程序和格子梁理论计算第二体系应力，一个非常主要的问题是如何确定非横隔板位置除横梁的抗弯刚度和抗扭刚度的问题，以前我自己曾参考别的文献采用等效格子梁计算第二体系的应力，但是等效格子梁中分配荷载的横梁的横向抗弯和抗扭刚度的计算比较复杂，要经过专门的推导和处理阿。

在极限承载力方面我们国家的研究比较少，铁道部在80年代初进行过一些试验研究，并制定了一些钢板梁的设计规范，交通部在钢桥上面的研究至今没有看到基础的试验。 国外以英国的帝国理工大学在80年代进行了大量的试验和研究工作，具体可以参考英国土木工程师杂志PART 2 中的部分文章和一些80年代中期出版的专著，具体的书名,书的作者我已经记不清楚了。例如:

日本小西一朗<钢桥>一书优点太老了，但比较经典，因为这本书大概在70年代末写成，我国铁道部则在80年代初翻译为中文。当时日本主要采用的桁架，后来的大岛大桥和白鸟桥才采用钢箱梁。90年代日本曾出版过一本钢桥的专著还比较好可以看一下： 中井博 《钢桥设计基础》 1992

谢谢老兄的提示，当然截面参数是需要一定的处理的，不能简单盲目地套用。TROITSKY的《STIFFENED PLATES》也有部分介绍，尤其是AISC63年的规范。不过尽管我赞同工程上的这些近似解析法，但回过头来，觉得是否说明我们这么做仅仅为了迎合规范，或者说受到规范的制约了呢？如果我们能把结构从施工到钢材性质到工作状态的因素合理考虑，我想做设计大可不必仅依赖于规范了。我看国外一些著名设计咨询的资料，其实他们对钢箱梁的分析比我们的都要简单，STONECUTTERS 就是一例。

老兄提到的书籍，不知可有中译本，或者哪里有日文的？

------------------------------------------------------------------------------ 如同CHEOPS老兄说的，把问题越简单化，越能说明问题！再说了，有些东西，只要点拨一下，就无秘密可言了，您说呢？

土木工程本来就没有什么秘密可言。国外公司一些对钢箱梁的计算资料实际上比较齐全

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的，有位在日本长大公司工作过的朋友说许多计算书一般是不可能拿到的。那基本书我也没有见到过中文版，有兴趣可以去北图查查。

98年在参加一台湾钢桥的设计时，用Algor计算了一个钢桥节点。得到了冯氏，特氏及最大，最小主应力。当然解决了我们的设计问题。但有一点我至今不明白：如何判断这些应力？通俗点讲就是换算到比如容许应力等。

909兄的\如何判断这些应力\我想要依靠材料力学的\强度理论\或<钢结构>书中\钢材在复杂应力作用下的计算\章节.我一直就是这么考虑的,混凝土结构也是这样,比如0号块,平常Algor分析出来就是看看主拉主压,别开裂,别压碎.个人认识,请大家多指点.

计算出来的等效应力比如mises应力tresca应力和最大主拉应力、最大主压应力等可以参照材料力学中的强度理论部分或者塑性力学部分。

对于钢桥的构件比如说节点板等在复杂应力状态下的强度各国的规范允许的应力组合不太相同，一般是采用正应力和剪应力的组合来判断，可以在程序中查找各点的应力张量，然后按照各国的规范进行组合。

对于混凝土结构因为包括预应力、徐变等因素其结构行为比较复杂，计算出来的应力一般是定性的，而不是定量的，但可以看到局部的应力场分布规律。以便采取相应的构造措施。

以上观点是我自己的一点认识，请各位多多指点。 谢谢大家！

我有个问题，现在许多大跨度索桥都采用钢箱梁，那如果我用ansys来建摸，建摸时不简化，即直接建实体模型，然后加载，那计算时程序对剪力治如何处理？又如何防止计算中的不收敛？

楼上的兄弟对于钢箱梁你如果要采用实体单元来模拟，估计工作量和计算量是非常庞大的，目前我尚没有看到对钢箱梁采用实体单元模拟的计算。

如果采用实体单元建模，则计算时剪力滞效应会自动考虑。不妥之处希望大家指点。

明石海峡大桥是钢桁,设计时是按等代梁和空间杆系两种方法来分析;日本钢箱梁设计会采用SHELL单元来详细分析.可见,在过去只能用等代梁,而现在由于科技发展,整体分析已成为可能.计算量在如今的年代,问题不大.

如果空间分析,则剪力滞效应已自动记入.计算中的不收敛,要建模时充分考虑.

正因为明石海峡大桥是钢桁,设计时是按空间杆系来分析是可行的。钢箱梁设计会采用SHELL单元来详细分析局部或整体的静力效应也是可行的。但若进行活载效应，对桁架而言，只需要轴力即可，可行。而对其他单元，就需要巨大的空间储存海量的输出，例如空间梁单元，强轴弯矩max， 以及同时的弱轴弯矩，轴力，算一算多少组合，真是难以想象！

楼上的各位大虾都是钢结构高手，所谈都很专业，很荣幸有机会向各位请教并同各位交流。

我断断续续做过几年的钢结构设计，客观上的原因，做过钢结构加工的监理，和工厂有不少的接触机会。对于设计细节谈一些粗浅的看法和各位交流。我个人认为横隔板与顶板(上

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翼缘板)之间属于构造连接，似乎和吊车梁不同，用角焊缝应该可以了。由于焊接技术和工艺日益成熟，全焊钢箱梁结构应该是一种趋势，不过一定要找有经验的大厂加工才可靠些。

如下图，计算模型包括所有纵横向加劲肋、横隔板加劲、顶底板；目的是考察其在吊机以及运营阶段各构件的应力以及变形情况。验算结构的强度、稳定性、控制施工变形差、设计吊机横向布置以及加劲、横隔板尺寸优化。模型如下。怎么没贴上图？重新补上！

从上面的模型可以计算出横隔板的应力场，但是对于这种应力场作用的横隔板如何评价其稳定性，不是单纯的力学计算能解决问题的。因为国内外对加劲板在多向应力状态下的稳定性分析进行了大量的研究，但是由于大位移作用加劲板的屈后承载力等研究比较困难，船舶钢结构这方面也进行了大量的试验，上海交大和天津大学都进行了大量的研究，目前的理论尚不能简化为易于工程师接受的公式。

BS5400(2001版)考虑了弯矩和剪力共同作用的后屈曲强度，但计算时采用的交叉公式比较复杂，大多数是帝国理工大学在1980左右的研究成果，采用的极限状态法。

路桥示方书和德国的公路设计规范以及我国的铁路桥梁设计规范都是采用弹性分析方法，其理论基础可以参见相应的文献。

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bs5400的方法是最好的，另外美国的里海大学也进行了大量的试验，出版了一些非常主要的研究报告，大家可以看一下。

对加劲板多向应力状态下的稳定行计算，我根据编写一些相应的程序，包括bs5400方法，日本道路桥示方书方法等计算方法，对付设计可以，但是如果要谈到理论高度，就有一点困难了。

给出一些这方面比较好的文献，以便大家学习和参考： [1] R.Wolchuk，Design Manual for Orthotropic Steel Plate Deck Bridge，American Institute of Steel Construction，1963（我翻译其中的计算部分，并编写了计算机程序） [2] Bouwkamp, Powell. Structural Behavior of an Orthotropic Steel Plate Deck Bridge, Report to California Department of Public Works, Division of Highway and U.S. Department of Commerce, Bureau of Public Roads, Univ. Of California (1967) [3] Powell, Ogden, Analysis of Orthotropic Steel Plate Deck Bridge，Pro. ASCE, 95,(1969) ST 5

[4] 日本本四公团，日本本州四国连络橋上部结构設計标准と解说，1989 [5] 日本本四公团，日本本州四国连络橋の开发技术，1996

[6] 王应良、郑凯锋、唐继舜(译)，正交异性板的疲劳等级评估，西南交通大学，1995(British TRRL 1990年259号报告)

[7] Vladimir Kristek，Theory of Box Girder，New York，John wiley & sons ,1979 [8] 大規模斜張橋ケーブル定着構造の疲劳，土木学会論文集，1995 No 10

[9] 森田泰生，南京长江第二大桥主橋技术設計—最终报告，日本长大橋梁公司，1997 [10] A.R.Cusens, R.P.Pama，Bridge Deck Analysis, New York，John wiley & sons，1975

[11] M.S.Troitsky, STIFFED PLATES bending stability and vibrations, ELSEVIER SCIENTIFIC PUBLISHING COMPANY , 1976 , NEW YORK

[12] STEEFANO CARAMELLI, PIETRO CROCE, Fatigue Behaviour of steel decks of Cable-Stayed Bridges, 1994 International Symposium on Cable-Stayed Bridges，Shanghai

[13] 王应良译：本州四国联络桥公团 钢桥面板设计要领?同解说 [14] 道路示方书――钢桥篇

[15] 中井博，钢橋設計の基础，共立出版株式会社，1992 [16] 小松定夫，钢構造の補剛設計，森北出版株式会社，1982

[17] R.NARAYANAN , beams and beam columns stability and strength , APPLIED SCIENCE PUBLISHERS LTD , 1983

[18] N.W.MURRAY, Introduction to the theory of thin-walled structures, Oxford University Press, 1984

[19] 本州四国联络桥公团： 钢桥面板现场焊接施工要领 [20] 日本道路协会： 钢道路桥设计便览

[21] 本州四国联络桥公团： 桁架细节构造设计手册 [22] 本州四国联络桥公团： 桁架细节构造设计手册

如果各位朋友或师兄看到其它比较经典的文献，也可以推荐给我。谢谢大家！

关于钢箱梁在多向应力状态下的稳定性计算，我认为BS5400中关于屈曲交叉影响的稳定性计算值得大家学习，2000版有关该方面的规定更细致。但个人体会是应注意对荷载的处理

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及其计算过程也应按照BS5400的有关规定进行才好，因此说，钢箱梁的计算重在熟悉规范依据而不是计算手段，空间程序也好，一些自编程序也好，都不是问题的核心。只要熟悉稳定问题的主要原理和有关的设计规范，尤其是国外规范，都是可以很好地解决设计问题的，当然，如同楼上橄榄树网友所说，搞好设计并不能代表该方面的前沿研究水平。回过头来，再看看目前国内外膜结构中钢板的大范围应用，似乎在有关稳定性计算上比桥梁钢结构的稳定性更是有据可查，日本关于局部稳定通常用强度的方式来表达，接近于欧洲规范。另外， ENV1997钢结构及钢桥规范，也是很值得学习的；以及DANISH规范等。

说白了，把它当作工民建中的普通钢结构来看，可以跳出单纯桥梁结构的范畴，可以增强有关的认识。

请教一个问题，连续钢箱梁的沥青混凝土桥面铺装时，顶板有很大的（宽桥就双向）应力，横隔板应力甚至更大，而且纵横隔板越强越如此，我的理解是计算确实如此，但根据实际的温度场又不会如此大，因此只能由设计人员掌握（可能不能写成文字）。 不知大家认为如何，希望听到橄榄树兄等的高见

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楼上各位前辈，我发表一下我得浅见：

①斜拉桥主梁钢箱梁的受力分析，有一种方法可以避免三大体系的假设，在全桥的鱼骨梁模型中插入一段全主梁板壳模型进行详细的恒载、活载受力分析（插入节段的长度受计算能力的限制，一般取5个拉索节段较合适），插入节段与鱼骨梁的边界条件可以用约束方程来实现。

②由苏通大桥和东海大桥的计算经验表明，这种方法得到的结果是理想的。其中包括疲劳分析、施工控制等，都可以得到满意的结果。横隔板稳定有点麻烦，占用机时太多。 ANSYS在着方面的功能很强，完全可以实现以上分析目标。

（我现在还在同济桥梁系读研究生，经验有限，请多赐教）

我在利用Ansys或者Sap建立悬索桥全桥模型,由于钢箱梁的顶板和底板存在U形加劲肋,按照实际情况输入,则模型过于复杂,所以我考虑用板的正交异性来模拟,即将带U形肋的顶板和底板按照等刚度原则简化成单层钢板,此钢板的弹模在各个方向不同,但是在填写单元特性表的时候,我遇到了一些问题,Ex和Ey我按照等刚度原则进行了换算,Ez如何计算?还是可以简化地记为2E5Mpa?另外正交异性材料表要求填写三个方向的泊松比和三个剪切弹性模量,我不知道在正交异性材料力学中,G=E/2(1+泊松比)是否还成立,应该如何填写? 下面是Sap中的元素特性 请高手支招,不胜感激

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顶板厚14mm,U形加劲肋板厚6mm,板U形加劲肋上口宽300mm,口宽169.3mm 高280mm 等效为14mm厚钢板 Iyy

E×0.116E-3=E’(0.6×0.014－3)/12 E’＝1.691E14(N/m2) Izz

E×0.3E-3=E’(0.014×0.6－3)/12 E’＝2.38E11(N/m2)

Density1＝7.9×A1/A2=7.8×0.012693/(0.6×0.014)=1.193×105N/m3

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9ya6.html