腹板不平整度对钢桥失效的影响及分析

同理，用包含 5 个腹板的局部模型研究腹板不平整度对无加劲肋的腹板间隙区局部应力的影响。局部模型为悬臂结构，一端固定，另一自由端作用弯矩或剪力，用约束方程来实现梁自由端截面做整体平移和转动。假设最大不平整度在腹板中心并向腹板边缘逐渐均匀变小。相邻腹板具有大小相等、方向相反的不平整度特性。仅在远离端部的两个中心加劲肋上部的腹板间隙区采用细化网格划分，然后对腹板间隙区局部应力的影响因素进行参数分析。

根据前述 AASHTO 和 AWS 工艺要求，通过改变腹板最大偏移量（分别为 5 mm、10 mm和 19 mm）对腹板不平整度影响进行研究。调整腹板厚度（分别为6 mm、8 mm和19 mm）研究其对腹板孔隙区局部应力的影响。在自由端分别加445 kN的面内剪力和1130 kN·m的面内弯矩。在不同腹板厚度和不平整度组合下，研究腹板间隙区最大主拉应力，如表15.1所示。

表15.1　腹板间隙区最大主应力

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对面外变形引起的次弯矩或P-Δ效应产生几何非线性进行研究，发现在最薄、最不平整的腹板上，非线性影响最大。但几何非线性对腹板间隙的局部应力影响可以忽略不计（只比线性方法求解得到的应力大2%）。

与完全平直腹板相比，不平整腹板在面内弯矩作用下，腹板间隙区的主拉应力增加不到15%。而不平整腹板在剪力作用下导致无加劲肋的腹板间隙区的应力明显增大。与实际腹板厚度（tw＝8 mm）的模型相比，在445 kN剪力作用下，腹板偏移量分别为5 mm、10 mm 和19 mm 时，腹板间隙区的最大主拉应力分别增加了 25%、49%和105%，如表15.1所示。

总之，腹板不平整度对腹板间隙区的局部应力影响随不平整程度增大和腹板厚度减小而增加，应力增加主要由面内剪力引起。对 8 mm腹板，存在 10 mm 不平整度时，最大局部应力增加约 50%，满足 AASHTO/AWS 要求。在面内设计荷载作用下，两个腹板开裂处产生133 MPa 最大主拉应力。因此制造引起的腹板不平整度会明显增加腹板间隙区裂纹萌生处局部应力。