0 引言

波形钢腹板PC组合箱梁是由冷轧成型的波形腹板与边缘构件共同组成的一类新型钢-混凝土组合箱梁.近年来，随着大跨度预应力混凝土桥梁越来越多地应用于实际工程中，如何减轻桥梁结构本身自重成为该类结构体系需要解决的问题，而波形钢腹板PC组合箱梁不仅可以有效减轻桥梁自重，而且提高了预应力的使用效率，充分发挥了各种材料性能，另外，由于波形腹板的面外波折使其受剪屈曲荷载大大提升，因此波形钢腹板组合箱型桥梁在今后的工程实践中具有广阔的发展前景和应用价值.

1 新型波形钢腹板PC组合箱梁的改进

在波形钢腹板组合箱梁截面中，剪力主要由波形钢腹板承担，因此，结构的抗剪性能由波形腹板决定，而波形钢腹板在剪切荷载作用下的屈曲模态和极限失稳荷载是其抗剪屈曲性能的重要研究内容.根据大量的研究结果，在计算波形钢腹板组合梁的抗剪承载力时，当组合梁的剪跨比较大时，一般不考虑混凝土翼板的抗剪作用对组合梁抗剪承载力的贡献[1].根据《波纹腹板钢结构技术规范》(CECS291)[2]和《组合折腹桥梁设计模式指南》[3]，波形钢腹板合成屈曲应力可简化为

 

(1)

式中,kI为波形腹板合成剪切屈曲系数，与腹板的波幅尺寸及加劲肋的布置有关;tw和hw分别为波形腹板的厚度和截面高度.

4) 插入点之后的集装箱和船舶贝内未被指派箱位作为已知条件见图2d)，通过OPM1和OPM2模型进行分段搜索。OPM1模型通过最小化相邻阶段(即t-1和t)船舶贝内计划的偏差获得目标值并将作为限制条件，输入给OPM2模型；OPM2模型最小化贝内横倾力矩，并要保证当前阶段船舶贝内计划与上一阶段船舶贝内计划的偏差不能大于

新型波形钢腹板PC组合箱梁是在传统波形钢腹板组合箱梁的构造基础上，根据近年来的工程实践和理论研究改进而来的.传统的波形钢腹板组合箱梁采用混凝土顶板和混凝土底板，混凝土顶底板通过各种形式的剪力连接件与波形腹板相连接，剪力连接件的作用是保证上下翼缘混凝土与波形腹板截面之间的协同工作，使梁平截面假定成立或减少二者之间的相对滑移量.另外，传统波形钢腹板组合箱梁的波形腹板一般为梯形或正弦波形，其波幅尺寸往往没有统一标准，在轧制成形、焊接和拼装过程中往往会存在着不可避免的初始缺陷，对组合箱梁的整体受力性能造成不同程度的影响.

新型波形钢腹板PC组合箱梁采用高性能混凝土顶板和平钢底板，并采用波幅尺寸标准化的波折腹板，较之于传统波形钢腹板组合箱梁，新型波形钢腹板PC组合箱梁具有如下优点：

1) 采用平钢底板进一步减少了结构自重，有利于结构的轻量化设计和提高结构跨度；

2) 采用平钢底板与波形腹板焊接连接方式，减少了组合结构剪力连接件数量，简化了组合结构施工过程，有利于结构的工厂化制作和提高组合结构整体受力性能；

由表1可见，波形钢腹板的剪切屈曲极限荷载随着梁高的增加而明显增大，梁高每增加250 mm，剪切屈曲极限荷载平均增加20%.而从3片梁屈曲模态发现，随着梁高增加，波形腹板从整体屈曲逐渐转向局部屈曲，因此在此类桥梁设计中，随着跨度和梁高的增加，应相应增大波形腹板厚度或增设腹板加劲肋.

图1～2为30 m跨新型波形钢腹板PC组合箱梁标准横断面和BCSW1200型波折腹板形状.

  

图1 标准横断面

  

图2 波形腹板波形

2 有限元模型的建立和初始缺陷的影响

2.1 有限元模型

分别以K1～K4四片梁为例来分析不同波折角圆角半径K对波形钢腹板剪切屈曲极限荷载的影响，4片梁均采用BCSW1200型波形钢腹板，但改变其波折角圆角半径分别为0,50,100,150 mm，腹板厚度仍为8 mm，计算得到的屈曲极限荷载列于表2中.

为保证波形腹板发生屈曲破坏，在梁跨中设置加劲肋，防止构件发生剪切屈曲前局部失稳并增大上下翼缘板的厚度，防止翼缘板先于腹板发生屈曲.边界条件设置为端部简支，跨中加劲肋施加对称约束.为使整个截面承受剪力大小相同，在梁跨中施加竖向集中力，并将集中荷载分为若干子步进行计算[4].

多种色釉于一坯胎中也是在近现代才流行起来，多种色釉的窑变比单色釉可说难，也可说易。难是难在对釉料料性的掌握，那种色釉流动，那种不流动，色釉与色釉之间能否结合，产生的效果如何，几种色釉结合当怎样的比例才能烧制出最佳效果等等，这就是难。说它容易，也只能说出现二次创作以后陶瓷艺术家才敢如此认为。颜色釉基础上的二次创作是根据艺术家对色釉窑变效果来巧妙装饰的，主观性较强，但选取的画面需要和色釉窑变气氛相吻合，才能达到异曲同工之妙。

  

图3 有限元模型

2.2 初始缺陷

由分析可知，在计入几何非线性和材料非线性后，构件由弹性屈曲转变为弹塑性屈曲，极限屈曲荷载降低了一半以上，这说明几何和材料非线性对构件的稳定承载力影响很大；在考虑几何和材料非线性的基础上施加0.08倍初始缺陷后，极限荷载比不计入初始缺陷降低了3.21%；施加0.12倍初始缺陷后，极限荷载比不计入初始缺陷降低了5.04%，这说明虽然初始几何缺陷对结构稳定承载力的影响很大，但该型波形钢腹板在一定程度上削弱了初始缺陷对其稳定承载力的敏感程度.

新型波形钢腹板组合箱梁采用标准化制作的BCSW1200型波形钢腹板，材质为Q345D钢，虽然该型波形钢腹板的标准化制作大大降低了初始几何缺陷对结构的影响，但在分析计算时仍需计入初始缺陷.本文采用一致缺陷模态法来模拟波形几何尺寸缺陷，首先进行屈曲分析，计算得到模型的一阶屈曲模态(如图4)，然后根据拟定的初始几何缺陷大小以一定的比例系数来更新几何模型[5].为对比各种因素对结构的影响，分析时考虑以下3种情况.

  

图4 构件1阶屈曲模态

3) 考虑几何及材料双重非线性，并计入0.12倍初始几何缺陷.

2) 考虑几何及材料双重非线性，并计入0.08倍初始几何缺陷；

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1) 只考虑几何非线性和材料非线性，不考虑初始几何缺陷；

在上述有限元分析方法的基础上，探讨新型波形钢腹板组合箱梁波形腹板的抗剪屈曲性能，分析得到构件在跨中作用集中力，考虑材料和几何非线性并计入初始缺陷的剪切破坏模式，如图5所示，并得到了以上3种情形下波形腹板的荷载-位移曲线，如图6所示.

  

图5 构件剪切破坏模式

  

图6 荷载-位移曲线

由式(1)计算得到构件的弹性合成屈曲应力为442.08 MPa，由模型计算得到的弹性屈曲应力为319.9 MPa，接近材料屈服应力，可见该型波形腹板的弹性屈曲强度较高.在构件跨中顶面施加3 000 kN的竖向集中力，并将此荷载分为200个子步进行计算，在计入几何和材料双重非线性后，构件在time=0.672 1 s时破坏，极限荷载为2 016.3 kN；在计入几何和材料双重非线性，并施加0.08倍初始几何缺陷后，构件在time=0.650 5 s时破坏，极限荷载为1 951.5 kN；计入几何和材料双重非线性，并施加0.12倍初始几何缺陷后，构件在time=0.638 2 s时破坏，极限荷载为1 914.6 kN.

对于该类薄板稳定承载力的分析，需要考虑材料非线性和几何非线性的影响，同时根据相关规范的规定，还需要考虑一定的初始缺陷.材料非线性采用等向强化模型BISO进行模拟，该模型采用双线性来描述钢材的本构关系，适合模拟金属大应变问题；几何非线性通过打开大变形开关(NLGEOM,ON)来考虑大变形效应.

Study on Prediction Method of Structural Three-parameter Power Function P-S-N Curve

3 新型波形钢腹板剪切屈曲影响因素分析

3.1 不同梁高对剪切屈曲极限荷载的影响

分别以H1～H3三片梁为例来分析不同梁高H对波形钢腹板剪切屈曲极限荷载的影响，3片梁波形钢腹板的高度分别为1 250、1 500、1 750 mm，分别对应于实际结构中30、40、50 m跨度的波形钢腹板组合箱梁.波形腹板统一采用BCSW1200型，腹板厚度为8 mm，考虑材料及几何非线性，计算得到的屈曲极限荷载列于表1中.

2.2.4苗木运输要注意适时，保证质量。汽车自运苗木，途中应有帆布篷覆盖，做好防雨、防冻、防干等工作。到达目的地后，要及时接收，尽快假植或定植。

 

表1 不同梁高对波形腹板剪切屈曲荷载的影响

  

编号BCSW1200波形尺寸/mmbdh波折角θ/(°)梁高/mm屈曲荷载/kNH133027020036．512502016．3H233027020036．515002415．5H333027020036．517502805．1

3) 采用标准化的波折腹板，有效降低了波高、波折角、腹板厚度以及初始缺陷对不同跨度组合结构受力性能的影响，并有利于构件的模块化制作和安装.

3.2 不同波折角圆角半径对剪切屈曲极限荷载的影响

本文以30 m跨新型波形钢腹板PC组合箱梁为结构原型，模拟截面为工字型截面，采用非线性板壳单元Shell93来进行模拟，考虑结构对称性，取一半结构进行分析，有限元模型如图3所示.

 

表2 不同波折角圆角半径对波形腹板剪切屈曲荷载的影响

  

编号BCSW1200波形尺寸/mmbdh波折角θ/°梁高/mm圆角半径K/mm屈曲荷载/kNK133027020036．5125002016．3K233027020036．51250502376．9K333027020036．512501001872．0K433027020036．512501501866．9

由表2可以发现，波折角圆角半径对波形钢腹板的剪切屈曲极限荷载影响不大，因为波折角圆角半径的变化并没有改变波形腹板构件的有效受剪宽度，但在实际受力结构中，波折角圆角半径往往影响着各板件之间的协同受力性能，合理地设置波折角圆角半径能使构件所受剪应力分布均匀，并且大大降低结构的应力集中程度，提升钢桥在循环荷载下的疲劳性能，另一方面，也有利于板件的制作和焊接拼装.

4 结论

本文以新型波形钢腹板PC组合箱梁为结构背景，基于ANSYS弹塑性大挠度有限元分析模型，研究了新型波形腹板的弹塑性剪切屈曲性能，并对构件施加不同程度初始缺陷，研究波形腹板剪切屈曲性能的缺陷敏感性，最后以梁高和波折角圆角半径为控制变量，研究了其对剪切屈曲极限荷载的影响，得到以下结论：

2018年天禾加钾平衡施肥活动继续由加拿大钾肥公司发起，广东天禾农资股份有限公司执行，邀请华南农业大学为技术指导和实施单位，华南农业大学水稻研究室主任、博士生导师唐湘如教授担任项目的指导专家。此次观摩会一如既往地展示天禾加钾平衡施肥的良好效果，推广平衡施肥的先进技术理念。

5.建国前江西省四次党代会代表及相关党史人物研究，如罗亦农、汪泽楷、陈潭秋、张世熙、李富春、陈正人等。

1) 新型波形钢腹板组合箱梁波形腹板具有较高的弹性剪切屈曲荷载，但几何非线性和材料非线性对其剪切屈曲性能有很大影响.

2) 通过一致缺陷模态法对构件施加初始缺陷后可以看出，初始几何缺陷对结构稳定承载力的影响较大，但该型波形钢腹板在一定程度上削弱了初始缺陷对其稳定承载力的敏感程度.

3)通过对新型波形钢腹板剪切屈曲影响因素分析得出，随着梁高的增大，剪切屈曲极限荷载也不断增大，屈曲模式有向强度破坏转变的趋势；不同波折角圆角半径对波形腹板剪切屈曲极限荷载影响不大，但这种构造细节有利于结构的其他性能.

参考文献：

[1] 郭彦林,童精中,姜子钦.波形腹板钢结构设计原理与应用[M].北京:科学出版社,2015.

[2] CECS 291:2011.波纹腹板钢结构技术规范[S].北京:中国计划出版社,2011.

[3] 刘玉擎,陈艾荣.组合折腹桥梁设计模式指南[M].北京:人民交通出版社股份有限公司,2015.

[4] 李立峰,王连华.ANSYS土木工程实例详解[M].北京:人民邮电出版社,2015.

[5] 宋建永,任红伟,聂建国.波纹腹板剪切屈曲影响因素分析[J].公路交通科技,2005(11):89-92.