[发明专利]一种变截面多箱室波形钢腹板箱梁腹板剪应力的分配方法

说明书

本发明涉及一种变截面多箱室波形钢腹板箱梁腹板剪应力的分配方法，包括以下步骤：1)获取变截面波形钢腹板的截面平均剪应力τ；2)采用能量法计算剪力分配系数；3)获取各梁的剪应力，完成波形钢腹板剪应力的分配，并将其作为桥梁设计指标，完成波形钢腹板桥梁设计。与现有技术相比，本发明具有考虑不同腹板之间的剪应力分配效应、普适性强、提高设计安全性等优点。

技术领域

本发明涉及波形钢腹板桥梁设计领域，尤其是涉及一种变截面多箱室波形钢腹板箱梁腹板剪应力的分配方法。

背景技术

目前现有的波形腹板剪应力计算方法主要有三种：

(1)将截面总剪力除以波形钢腹板面积得到剪应力，中国和日本的规范均采用这种方法进行计算，该方法忽略了顶底板的承剪比例，认为剪力仅由波形钢腹板承担，对于钢腹板来说偏保守，但对于混凝土顶底板来说偏不安全；

目前国内进行波形钢腹板桥梁的设计时，通常依照《钢-混凝土组合桥梁设计规范：GB50917-2013》进行设计，采用的计算公式：

γ₀V≤h_wt_wf_vd (1-1)

式中：V——剪力设计值(N)；h_w——钢梁腹板高度(mm)；t_w——钢梁腹板厚度(mm)；f_vd——钢材的抗剪强度设计值(MPa)；

贾韶丽等研究发现，国外如日本、欧洲、美国规范对于波形腹板的计算为，波形腹板承担的的剪应力等于截面受到的剪力除以腹板面积，差异在于各国取定的容许剪应力大小，中国为155MPa，日本为205MPa，欧洲为160MPa，美国为114MPa。

该方法的问题在于忽略了顶底板的承剪比例，认为剪力仅由波形钢腹板承担，对于钢腹板来说偏保守，但对于混凝土顶底板来说偏不安全。

(2)根据材料力学的方法，利用传统的计算截面静矩的方法计算剪应力，该理论仅仅考虑由剪力产生的剪应力，而忽略了弯矩和轴力产生的剪应力，对于等截面桥梁来说是合适的，但对于变截面桥梁来说准确性不足。

式中：Q——剪力设计值(N)；S_y0——计算点处截面静矩(mm³)；I——截面惯性矩(mm⁴)；b(y)——波形腹板宽度(mm)；

(3)在方法(2)的基础上，同时考虑弯矩和轴力产生的剪应力。该方法计算结果较为准确，但目前尚未推广至单箱多室桥梁。

目前国内进行波形钢腹板桥梁的设计时，忽略了顶底板的承剪比例，认为剪力仅由波形钢腹板承担，对于钢腹板来说偏保守，但对于混凝土顶底板来说偏不安全，而且传统理论对于腹板剪应力计算不准确，误差较大，所以了解波形钢腹板抗剪的机理并且给出剪应力的计算方法是提高设计安全性和准确性的现实要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种变截面多箱室波形钢腹板箱梁腹板剪应力的分配方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种变截面多箱室波形钢腹板箱梁腹板剪应力的分配方法，包括以下步骤：

1)获取变截面波形钢腹板的截面平均剪应力τ；

2)采用能量法计算剪力分配系数；

3)获取各梁的剪应力，完成波形钢腹板剪应力的分配，并将其作为桥梁设计指标，完成波形钢腹板桥梁设计。

所述的步骤1)中，变截面波形钢腹板的截面平均剪应力τ的计算式为：