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摘要：本文针对钢板组合梁桥扭转效应、稳定性能和疲劳性能进行研究，阐述了综合考虑偏载扭转效应的简化设计方法并推导了计算公式。分析了腹板高厚比和翼缘宽厚比对钢板组合梁的稳定性能影响，研究了腹板间隙，腹板厚度，小横梁刚度，主梁间距对钢梁腹板间隙面外变形疲劳的影响。
关键词：钢板组合梁；稳定性能；疲劳性能；高厚比；宽厚比
1.前言
钢板组合梁在工程建设中有着独特的优势，自重轻、跨度大、适合于机械制造、施工期限短、因此，桥梁设计中都会优先考虑使用钢桥。近年来，公路行业内外对推进组合梁桥建设的呼声也越来越高，组合梁桥发展有着广阔的前景。由于我国钢结构桥梁发展时间短，关于钢板组合梁扭转效应、稳定性能和疲劳性能的规范尚未成熟，设计中存在许多问题。
2.偏载扭转效应研究
2.1仅考虑偏载效应的简化设计方法
采用平面杆系单梁法进行分析计算，计算其在设计弯矩下的平均纵向正应力
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，通过荷载横向分布系数m考虑偏心荷载对不同主梁的影响，即弯曲正应力
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。对于双主梁钢板组合梁桥，采用杠杆原理法计算荷载的横向分布。
2.2综合考虑偏载扭转效应的简化设计方法
研究钢板组合梁的偏载扭转效应，首先应计算均布荷载下主梁翼缘的平均正应力
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，以及偏心荷载下主梁翼缘的弯曲正应力
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和翘曲正应力
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。
2.3设计修正系数
在单梁法纵向平均正应力应力
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上增加偏载系数
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来修正扭转效应翘曲正应力的影响。即
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，
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在横向分布系数m的基础上考虑修正系数k来求得，即：
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。分析发现偏载效应及其引起的扭转效应随主梁间距增加而减弱，横向分布系数、偏载系数及修正系数均逐渐减小。引入主梁间距/桥面宽度（d/LT）来考虑钢主梁间距对支点修正系数k的影响，支点设计修正系数的拟合公式为：k=-0.62（d/LT）+1.40。模型验证结果如下表2.1、图2.1所示。
表2.1 不同跨径下支点的主梁下翼缘应力
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图2.1设计修正系数与主梁间距/桥面宽度之间的关系
3.稳定性能设计参数研究
3.1翼缘板影响分析
对于跨中梁段，控制截面刚度，调整跨中梁段翼缘板的宽厚比，进行弹性稳定分析。结果表明：随着翼缘宽厚比逐渐增高，钢板组合梁桥在非组合阶段弹性稳定系数逐渐降低。宽厚较小、翼缘板相对于腹板较厚时，屈曲失稳发生在腹板位置；宽厚较大、翼缘板相对于腹板较薄时，屈曲失稳发生在翼缘板位置。模型验算如下表3.1、图3.1~3.2所示。
表3.1 不同翼缘宽厚比下施工阶段弹性稳定系数及失稳位置
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a）腹板屈曲失稳 b）翼缘板屈曲失稳图
图3.1 不同翼缘宽厚比钢板组合梁桥施工阶段失稳示意图
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图3.2 不同翼缘宽厚比下施工阶段弹性稳定系数
3.2腹板厚度对翼缘板屈曲稳定性能的影响
对不同翼缘宽厚比下的弹性稳定性进行研究，结果表明：当腹板高厚比在一定的范围内变化时，翼缘宽厚比的临界值基本上与腹板宽厚比成二次曲线的关系，以
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和
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分别代表腹板高厚比和翼缘宽厚比，对其临界点曲线进行拟合，可得如下经验公式：
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图3.3 翼缘宽厚比临界值随腹板高厚比的变化
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翼缘板宽厚比参数可以按照如下方式选取：
（1）腹板高厚比在110~150时，翼缘宽厚比可根据以上经验公式计算求得；
（2）腹板高厚比小于110时，此时临界翼缘宽厚比基本小于12，翼缘板的屈曲临界应力一般大于屈服应力，进一步缩小翼缘宽厚比已经没有意义，因此可以取为11~12左右；
（3）腹板高厚比取150以上时，腹板的屈曲失稳相对于翼缘板成为主要控制因素，翼缘板的宽厚比通可以根据施工及构造要求选择15~16左右。
4.钢梁腹板间隙面外变形疲劳研究
4.1腹板间隙
随着腹板间隙不断增大，加劲肋对于腹板的约束作用逐渐减小，在主梁扭转效应的影响下，小横梁处腹板间隙个分析点的横向相对位移一直增大。
4.2腹板厚度
由于面外变形主要发生在腹板与加劲肋相交的位置处，而腹板的厚度决定了腹板的刚度。随着腹板厚度的增大，小横梁的腹板间隙处各个分析点横向相对位移逐渐减小，所产生的竖向应力也相应减小，这对腹板是有利的。
4.3小横梁刚度
随着小横梁的高度逐渐增高，即小横梁的刚度逐渐增大，腹板空隙处的横向相对位移和应力都逐渐减小。说明小横梁刚度的提高有助于减小两根主梁的变形差，从而减小腹板空隙平面外变形。但值得注意的是，当小横梁的刚度达到一定程度时，腹板空隙平面外变形的影响极为有限。因此通过增加小横梁刚度改善腹板空隙处疲劳性能的方法应在一定的限度内进行。
4.4主梁间距
在桥面板宽度不变的情况下，随着主梁间距的增大，疲劳车对桥梁产生的横向效应越来越小，因此其腹板间隙处的横向相对位移和应力逐渐减小。通过改变主梁间距引起的腹板间隙处竖向弯曲应力改变不大，而过宽或过窄的主梁间距会对结构的其他方面带来很大影响。因此综合来说，调整主梁间距对于腹板空隙竖向弯曲应力的影响不大。
5结论
通过本文理论分析与模型验证，可以得出以下结论：
（1）推导并验证了综合考虑偏载扭转效应的简化设计方法。
（2）宽厚较小、翼缘板相对于腹板较厚时，屈曲失稳发生在腹板位置；宽厚较大、翼缘板相对于腹板较薄时，屈曲失稳发生在翼缘板位置，并提出取宽厚比选取经验值。
（3）小横梁的横向相对位移随腹板间隙增大而增大，在一定限度内增加小横梁刚度能够改善腹板空隙处的疲劳性能，主梁间距对腹板空隙竖向弯曲应力影响不大。
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