跨度46.8m公路正交异性板桥面简支钢梁桥
（ANSYS板单元模型计算分析）
20 年 月
目 录
第1章 计算资料.......................................................................................................... 1
1.1 计算内容......................................................................................................... 1 1.2 设计要求......................................................................................................... 1 第2章 桥面板单元模型建立...................................................................................... 2
2.1 结构计算模型................................................................................................. 2 2.2 结构边界条件................................................................................................. 5 2.3 构件截面尺寸................................................................................................. 6 2.4 结构计算模型参数汇总................................................................................. 6 第3章 横载作用下的应力及竖向变形...................................................................... 8
3.1 顶板的应力和竖向变形................................................................................. 8 3.2 U肋的应力及竖向变形 ................................................................................ 10 3.3 横梁腹板的应力和竖向变形....................................................................... 12 3.4 横梁翼缘的应力和竖向变形....................................................................... 14 3.5 主梁腹板的应力和竖向变形....................................................................... 16 3.6 主梁翼缘的应力和竖向变形....................................................................... 18 第4章 恒载和跨中最不利活载作用下的应力及变形............................................ 20
4.1 车辆荷载....................................................................................................... 20 4.2 顶板的应力和竖向变形............................................................................... 22 4.3 U肋的应力和竖向变形 ................................................................................ 25 4.4 横梁腹板的应力和竖向变形....................................................................... 29 4.5 横梁翼缘的应力和竖向变形....................................................................... 34 4.6 主梁腹板的应力和竖向变形....................................................................... 37 4.7 主梁翼缘的应力和竖向变形....................................................................... 40 第5章 荷载组合作用下的结构应力........................................................................ 44
5.1 概述............................................................................................................... 44 5.2 计算工况....................................................................................................... 44 5.3 U肋最大拉应力 ............................................................................................ 45 5.4 U肋最大压应力 ............................................................................................ 47 5.5 顶板最大压应力........................................................................................... 49 5.6 顶板最大拉应力........................................................................................... 50 5.7 端横梁最大拉应力和剪应力....................................................................... 51 5.8 端横梁最大压应力....................................................................................... 54 5.9 跨中横梁最大拉应力................................................................................... 55 5.10 跨中横梁最大压应力................................................................................. 57 5.11 主梁下翼缘最大拉应力 ............................................................................. 59 5.12 主梁腹板最大剪应力................................................................................. 61 第6章 设计总结........................................................................................................ 63
6.1 恒载作用下全桥各构件内力汇总............................................................... 63 6.2 恒载和跨中最不利活载作用下全桥各构件内力汇总............................... 63 6.3 恒载和车辆荷载作用下最不利内力汇总................................................... 6.4 结构验算....................................................................................................... 6.5 总结...............................................................................................................
46.8m公路正交异形板桥面简支钢梁桥分析
第1章 计算资料
1.1 计算内容
1、 跨度L=46.8m，横梁间距Lb=4.68m,桥面宽度B=19.5m（车道和双侧2.0m宽
人行道）；
2、 可暂不考虑纵坡和横坡；行车道、人行道、栏杆、分隔带等的恒载暂统一按
照全宽70mm沥青混凝土铺装加载（铺装建议做成实体单元）； 3、 车辆活载等级采用公路I级荷载；
4、 行车道活载采用车辆荷载，特别注意横向布置、横向折减、车轮着地面积、
冲击系数1.3，人群荷载取3.0Kn/m2; 5、 桥梁主体结构采用Q345D钢材； 6、 采用规范：《公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)》、《公路桥涵钢结构及木
结构设计规范(JTG 025-85)》。
1.2 设计要求
1、 完成全桥建模；
2、 计算恒载作用下的挠度、桥面板、U肋、主梁、横梁的纵向正应力、横向正
应力、最小主应力、最大主应力和换算应力（图示和数值说明，下同）； 3、 计算恒载和跨中最不利活载作用下的挠度、桥面板、U肋、主梁、横梁的纵
向正应力、横向正应力、最小主应力、最大主应力和换算应力（图示和数值说明，下同）；
4、 计算恒载和计算车辆荷载作用下的桥面板、U肋、主梁、横梁的最不利应力； 5、 验算全桥的挠度和桥面板、U肋、主梁、横梁的最不利应力，必要时调整梁
高和板厚。
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第2章 桥面板单元模型建立
2.1 结构计算模型
全桥用ANSYS 10.0 软件建模，采用空间板单元shell63与实体单元solid45组合进行建模。
具体建模时考虑如下：
1 桥梁分割带和人行道的具体重量和作用位置未予具体考虑，行车道、人行道、分隔带等桥面结构统一考虑成全桥宽70mm 厚的沥青混凝土铺装；
2 沥青混凝土桥面铺装建立成实体单元。沥青混凝土的容重为24.0kN/m。由于不考虑桥面沥青混凝土板对桥梁刚度的贡献，取沥青混凝土的弹性模量为2100MPa；
3 钢板梁的顶板，U 型加劲肋，横梁，主梁等均采用板单元建模，不采用自由划分网格，而是采用人工控制网格划分，其中人工控制划分又以控制线的划分尺寸为最高级别控制。钢材的容重取为78.5kN/m3，弹性模量取为210000MPa。
4 采用无质量的长方体来传递轮胎的轴重；
5 在支座处用实体单元模拟支座垫板，全桥模型的支撑体系按简支梁施加为点约束。建立的几何模型图 2-1所示。
图 2-1 全桥计算几何模型
网格划分采用自由划分网格和人工控制划分网格相结合的方式，其中人工控
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制划分又以控制线的划分尺寸为最高级别控制。划分网格后的有限元模型如图 2-2所示。
a） 划分后的顶板模型
b） 划分网格后的U肋模型
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c） 划分网格后的横梁模型
d） 划分网格后的主梁模型
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e） 划分网格后的计算模型
图 2-2 划分网格后的计算模型
2.2 结构边界条件
桥梁支撑处约束关键点的位置如图 2-3所示（即垫板下面中间的关键点）。
约束关键点位
图 2-3 约束关键点位置
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结构边界条件施加情况下如图 2-4所示。
约束4uz 约束3uy uz 约束2ux uz 约束1 ux uy uz
图 2-4 边界条件
2.3 构件截面尺寸
全桥构件截面尺寸如表 2-1所示。
表 2-1 构件截面尺寸（单位：m）
构件 顶板 U型加劲肋 横梁腹板 横梁翼缘 主梁腹板 主梁翼缘 沥青混凝土铺装 B 19.5 - - 0.3 - 0.15 19.5 H -- -- 1.5 -- 3 -- 41 T 0.014 0.008 0.012 0.012 0.026 0.046 0.07 2.4 结构计算模型参数汇总
全桥计算模型参数汇总如表 2-2所示。
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表 2-2计算模型参数汇总
构件 顶板 U型加劲肋 横梁腹板 横梁翼缘 主梁腹板 主梁翼缘 支座垫板 沥青混凝土铺装 单元 shell63 shell63 shell63 shell63 shell63 shell63 solid45 solid45 厚度（m） 0.014 0.008 0.012 0.012 0.025 0.045 0.200 0.070 弹性模型（MPa） 容重（kN/m3） 210000 210000 210000 210000 210000 210000 210000 2100 78.5 78.5 78.5 78.5 78.5 78.5 78.5 24 7
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第3章 横载作用下的应力及竖向变形
结构恒载包括结构的自重与二期恒载。二期恒载包括桥面铺装和人行道的重量，考虑为桥面70mm 等厚的沥青混凝土铺装来计算。
3.1 顶板的应力和竖向变形
恒载作用下顶板的纵向应力如下图 3-1所示。
图 3-1 恒载作用下顶板的纵向应力（最大压应力为41.551MPa）
恒载作用下顶板的横向应力如下图 3-2所示。
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图 3-2 横载作用下顶板的横向应力（最大横向应力39.952MPa）
恒载作用下顶板的von Mises应力如下图 3-3所示。
图 3-3 恒载作用下顶板的von Mises应力（最大von Mises应力为43.429MPa）
恒载作用下顶板的竖向变形如图 3-4所示。
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图 3-4 恒载作用下顶板的竖向变形（最大竖向变形为0.048m）
3.2 U肋的应力及竖向变形
恒载作用下U肋的纵向应力如下图 3-5所示。
图 3-5 恒载作用下U肋的纵向应力（最大压应力为29.021MPa）
恒载作用下U肋的横向应力如下图 3-6所示。
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图 3-6 恒载作用下U肋的横向应力（最大拉应力为17.326MPa）
恒载作用下U肋的von Mises应力如下图 3-7所示。
图 3-7恒载作用下U肋的von Mises应力（最大von Mises应力29.834MPa）
恒载作用下U肋的竖向变形如图 3-8所示。
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图 3-8 恒载作用下U肋的竖向变形（最大竖向变形为0.048m）
3.3 横梁腹板的应力和竖向变形
恒载作用下横梁腹板的横向应力如图 3-9所示。
图 3-9 恒载作用下横梁腹板的横向应力（最大压应力为27.024MPa）
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恒载作用下横梁腹板的剪应力如图 3-10所示。
图 3-10 恒载作用下横梁腹板的剪应力（最大剪应力为-9.401MPa）
恒载作用下横梁腹板的von Mises应力如图 3-11所示。
图 3-11 恒载作用下横梁腹板的von Mises应力（最大von Mises应力为24.573MPa）
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恒载作用下横梁腹板的竖向变形如图 3-12所示。
图 3-12 恒载作用下横梁腹板的竖向变形（最大竖向变形为0.048）
3.4 横梁翼缘的应力和竖向变形
恒载作用下横梁翼缘的横向应力如图 3-13所示。
图 3-13 恒载作用下横梁翼缘的横向应力（最大横向应力为39.276MPa）
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恒载作用下横梁翼缘的von Mises应力如图 3-14所示。
图 3-14 恒载作用下横梁翼缘的von Mises应力（最大von Mises应力为52.335MPa）
恒载作用下横梁翼缘的竖向变形如图 3-15所示。
图 3-15 恒载作用下横梁翼缘的竖向变形（最大竖向变形为0.048m）
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3.5 主梁腹板的应力和竖向变形
恒载作用下主梁腹板的纵向应力如图 3-16所示。
图 3-16 恒载作用下主梁腹板的纵向应力（最大拉应力为97.921MPa）
恒载作用下主梁腹板的剪应力如图 3-17所示。
图 3-17 恒载作用下主梁腹板的剪应力（最大剪应力为30.267MPa）
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恒载作用下主梁腹板von Mises应力图 3-18所示。
图 3-18 恒载作用下主梁腹板von Mises应力（最大von Mises应力为110.669MPa）
恒载作用下主梁腹板的竖向变形如图 3-19所示。
图 3-19 恒载作用下主梁腹板的竖向变形（最大竖向变形为0.048m）
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3.6 主梁翼缘的应力和竖向变形
恒载作用下主梁腹板的纵向应力如图 3-20所示。
图 3-20 主梁腹板的纵向应力（最大拉应力为98.883MPa）
恒载作用下主梁腹板的von Mises应力如图 3-21所示。
图 3-21 恒载作用下主梁腹板的von Mises应力（最大von Mises应力为98.947MPa）
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恒载作用下主梁腹板的竖向变形如图 3-22所示。
图 3-22 恒载作用下主梁腹板的竖向变形（最大竖向变形为0.048m）
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第4章 恒载和跨中最不利活载作用下的应力及变形
4.1 车辆荷载
钢板简支梁桥跨径为46.8m,桥面宽19.5m,两侧人行道各2.0m,分割带宽0.5m。按照计算要求，两侧分别布置一个行车道，根据《公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）》4.3来确定车辆荷载横向和纵向的加载位置。图 4-1和图 4-2为规范规定的车辆荷载横向和纵向布置原则。
图 4-1 车辆荷载的立面、平面尺寸（单位：m）
图 4-2 车辆荷载的横向布置（单位：m）
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车辆的轴重按均布压力荷载加载在相应的位置，根据《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004 4.3计算车辆前轴、中轴和后轴的压力荷载。分别为：
30250kN/m3
20.30.2120p2500kN/m3
20.60.2140p3583.3kN/m3
20.60.2本计算采用单向四车道，根据《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004 4.3.7，
p1
应考虑横向折减，查《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004 4表4.3.1-4可知折减系数应取0.67. 根据《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004 4.3.2，钢桥应考虑汽车冲击力，本设计取冲击力系数为1.3.
故车辆前轴、中轴、后轴的压力荷载应在原有的数值的基础上乘以折减系数和冲击系数，压力值为：
300.671.3217.15kN/m3
20.30.2120,p20.671.3435.5kN/m3
20.60.2140,p30.671.3508.05kN/m3
20.60.2活载布置如图 4-3所示。
p1,
图 4-3 活载布置图
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4.2 顶板的应力和竖向变形
顶板的应力和竖向变形如图 4-4至图 4-11所示。
图 4-4 活载作用下顶板的纵向应力（最大应力为70.118MPa）
图 4-5 荷载组合作用下顶板的纵向应力（最大应力为111.693MPa）
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图 4-6 活载作用下顶板的横向应力（最大压应力为42.354MPa）
图 4-7 荷载组合作用下顶板的横向应力（最大压应力为71.941MPa）
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图 4-8 活载作用下顶板von Mise应力（最大von Mises应力为53.437MPa）
图 4-9 荷载组合作用下顶板的von Mises应力（最大von Mises应力为104.579MPa）
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图 4-10 活载作用下顶板的竖向变形（最大竖向变形为0.043m）
图 4-11 荷载组合作用下顶板的竖向变形（最大竖向变形为0.0m）
4.3 U肋的应力和竖向变形
U肋的应力和竖向变形如图 4-12至图 4-19所示。
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图 4-12 活载作用下的U肋的纵向应力（最大压应力为56.330MPa）
图 4-13荷载组合作用下的U肋的纵向应力（最大纵向压应力为78.095MPa）
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图 4-14 活载作用下的U肋的横向应力（最大压应力为35.527MPa）
图 4-15 荷载组合作用下的U肋的横向应力（最大拉应力为38.480MPa）
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图 4-16 活载作用下的U肋的von Mises应力（最大von Mises为.076MPa）
图 4-17 荷载组合作用下的U肋的von Mises应力（最大von Mises应力为93.933MPa）
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图 4-18 活载作用下的U肋的竖向变形（最大竖向变形为0.043m）
图 4-19 荷载组合作用下的U肋的竖向变形（最大竖向变形为0.0m）
4.4 横梁腹板的应力和竖向变形
横梁腹板的应力和竖向变形如图 4-20至图 4-27。
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图 4-20 活载作用下横梁腹板的横梁应力（最大压应力为38.623MPa）
图 4-21 荷载组合作用下横梁腹板的横向应力（最大压应力为65.329MPa）
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图 4-22 活载作用下横梁腹板的剪应力（最大剪应力为27.802MPa）
图 4-23 荷载组合作用下横梁腹板的剪应力（最大剪应力为35.703MPa）
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图 4-24 活载作用下横梁腹板的von Mises应力（最大von Mises应力为55.2MPa）
图 4-25 荷载组合作用下横梁腹板的von Mises应力（最大von Mises应力为75.342MPa）
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图 4-26 活载作用下横梁腹板的竖向变形（最大竖向变形0.042m）
图 4-27 荷载组合作用下横梁腹板的竖向变形（最大竖向变形为0.088mm）
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4.5 横梁翼缘的应力和竖向变形
横梁翼缘的应力和竖向变形如图 4-28至图 4-33所示。
图 4-28 活载作用下横梁翼缘的横向应力（最大压应力为63.376MPa）
图 4-29 荷载组合作用下横梁翼缘的横向应力（最大压应力为102.103MPa）
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图 4-30 活载作用下横梁翼缘的von Mises应力（最大von Mises应力为71.027MPa）
图 4-31 荷载组合作用下横梁翼缘的von Mises应力（最大von Mises应力为121.939MPa）
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图 4-32 活载作用下横梁翼缘的竖向变形（最大竖向变形为0.042m）
图 4-33 荷载组合作用下横梁翼缘的竖向变形（最大竖向变形0.088m）
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4.6 主梁腹板的应力和竖向变形
主梁腹板的应力和竖向变形如图 4-34至图 4-41所示。
图 4-34 活载作用下主梁腹板的纵向应力（最大拉应力为92.877MPa）
图 4-35 荷载组合作用下主梁腹板的纵向应力（最大拉应力为188.536MPa）
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图 4-36 活载作用下主梁腹板的剪应力（最大剪应力为20.4MPa）
图 4-37 荷载组合作用下主梁腹板的剪应力（最大剪应力为50.482MPa）
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图 4-38 活载作用下主梁腹板的von Mises应力（最大von Mises应力为92.948MPa）
图 4-39 荷载组合作用下主梁腹板的von Mises应力（最大von Mises应力为188.587MPa）
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图 4-40 活载作用下主梁腹板的竖向变形（最大竖向变形为0.041m）
图 4-41荷载组合作用下主梁腹板的竖向变形（最大竖向变形为0.087m）
4.7 主梁翼缘的应力和竖向变形
主梁翼缘的应力和竖向变形如图 4-42至图 4-47所示。
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图 4-42 活载作用下主梁翼缘的纵向应力（最大拉应力为94.537MPa）
图 4-43荷载组合作用下主梁翼缘的纵向应力（最大拉应力为191.067MPa）
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图 4-44 活载作用下主梁翼缘的von Mises应力（最大von Mises应力为94.532MPa）
图 4-45荷载组合作用下主梁翼缘的von Mises应力（最大von Mises应力为191.063MPa）
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图 4-46 活载作用下主梁翼缘的竖向变形（最大竖向变形为0.040m）
图 4-47 荷载组合作用下主梁腹板的竖向变形（最大竖向变形为0.085m）
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第5章 荷载组合作用下的结构应力
5.1 概述
我国公路钢桥设计主要采用容许应力法。
容许应力法设计以弹性设计理论为基础，设计准则是：
式中：
—结构标准荷载的计算应力，不考虑荷载组合系数（即所有荷载组合系数均是1.0）；
—设计规范规定的允许应力，对于钢桥为fy/1.7；
fy—钢材的屈服强度，1.7为综合安全系数；
对Q345D，未考虑板厚的影响和受压板件局部稳定的影响时，钢材的允许应力如表 5-1所示。
表 5-1 未考虑板厚及局部稳定影响时的钢材允许应力
钢材种类 Q345D 轴向应力（MPa） 200 弯曲应力（MPa） 210 剪应力（MPa） 120 表 5-1所示的钢材容许应力是在fy=340MPa的情况下确定的。当板厚时，应该根据钢材的实际屈服强度对其进行修正。
表 5-2 考虑板厚影响时的钢材实际屈服强度
屈服强度（MPa） Q345D 16mm 345 1635mm 325 3550mm 315 50100mm 305 5.2 计算工况
车辆荷载的位置应根据所求最不利项进行布置。本设计要求计算顶板最大拉应力、顶板最大压应力、U肋最大拉应力、U肋最大压应力、端横梁的最大拉应力和剪应力、端横梁的最大压应力、跨中横梁的最大拉应力、跨中横梁的最大压应力、主梁下翼缘最大拉应力和主梁腹板最大剪应力，分别采用以下十种加载工况进行计算，详细情况如表 5-3所示。
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表 5-3 车辆荷载纵向加载位置
工况名称 工况一 工况二 工况三 工况四 工况五 工况六 工况七 工况八 工况九 工况十 车辆荷载轮胎位置 X1(m) X2(m) Y1(m) 3.3 3.3 1.8 1.8 3.3 1.65 3.3 1.65 1.8 3.3 1.05 1.05 1.05 2.55 1.05 0.55 1.05 1.05 2.55 1.05 2.5 19.1 21.6 0 0.5 0.5 23.4 23.4 20.5 2.2 所有最不利项 U肋最大拉应力 U肋最大压应力 顶板最大压应力 顶板最大拉应力 端横梁的最大拉应力和剪应力 端横梁的最大压应力 跨中横梁的最大拉应力 跨中横梁的最大压应力 主梁下翼缘最大拉应力 主梁腹板最大剪应力 表 5-3中，确定纵向位置的参数x1,x2,y1含义如图 5-1所示。
图 5-1 车辆荷载的纵向布置位置示意图（单位：m）
5.3 U肋最大拉应力
轮胎位置如图 5-2所示。
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图 5-2 轮胎位置
活载作用下U肋纵向最大拉应力如图 5-3所示。
图 5-3 活载作用下U肋纵向最大拉应力（最大拉应力为54.537MPa）
荷载组合作用下U肋纵向最大拉应力如图 5-4所示。
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图 5-4 荷载组合作用下U肋纵向最大拉应力（最大拉应力为63.841MPa）
5.4 U肋最大压应力
轮胎位置如图 5-5所示。
图 5-5 轮胎位置
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活载作用下U肋纵向最大压应力如图 5-6所示。
图 5-6 活载作用下U肋纵向最大压应力（最大压应力为-59.834MPa）
荷载组合作用下U肋纵向最大压应力如图 5-7所示。
图 5-7 荷载组合作用下U肋纵向最大压应力（最大压应力为82.883MPa）
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5.5 顶板最大压应力
轮胎位置如图 5-8所示。
图 5-8 轮胎位置
活载作用下顶板纵向最大压应力如
图 5-9 活载作用下顶板纵向最大压应力（最大压应力为61.227MPa）
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荷载组合作用下顶板最大纵向拉应力如图 5-10所示。
图 5-10 荷载组合作用下顶板纵向最大拉应力（最大压应力为102.278MPa）
5.6 顶板最大拉应力
轮胎位置如图 5-11所示。
图 5-11 轮胎位置
活载作用下顶板纵向最大拉应力如图 5-12所示。
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图 5-12 活载作用下顶板纵向最大拉应力（最大拉应力为25.3MPa）
荷载组合作用下顶板纵向最大拉应力如图 5-13所示。
图 5-13 荷载组合作用下顶板纵向最大拉应力（最大拉应力为37.353MPa）
5.7 端横梁最大拉应力和剪应力
轮胎位置如图 5-14所示。
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图 5-14 轮胎位置
活载作用下端横梁腹板最大拉应力如图 5-15所示。
图 5-15 活载作用下端横梁腹板最大拉应力（最大拉应为为39.559MPa）
荷载组合作用下端横梁腹板最大拉应力如图 5-16所示。
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图 5-16 荷载组合作用端横梁腹板最大拉应力（最大拉应力为41.654MPa）
活载作用下端横梁腹板最大剪应力如图 5-17所示。
图 5-17 活载作用下端横梁腹板最大剪应力（最大剪应力为30.792MPa）
荷载组合作用下端横梁腹板最大剪应力如图 5-18所示。
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图 5-18 荷载组合作用下端横梁腹板最大剪应力（最大剪应力为37.602MPa）
5.8 端横梁最大压应力
轮胎位置如图 5-19所示。
图 5-19 轮胎位置
活载作用下端横梁腹板最大压应力如图 5-20所示。
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图 5-20 活载作用下端横梁腹板最大压应力（最大拉应力为40.33MPa）
荷载组合作用下端横梁腹板最大压应力如图 5-21所示。
图 5-21 荷载组合作用下端横梁腹板最大压应力（最大拉应力为53.166MPa）
5.9 跨中横梁最大拉应力
轮胎位置如图 5-22所示。
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图 5-22 轮胎位置
活载作用下跨中横梁腹板最大拉应力如图 5-23所示。
图 5-23 活载作用下跨中横梁腹板最大拉应力（最大拉应力为32.506MPa）
荷载组合作用下跨中横梁腹板最大拉应力如图 5-24所示。
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图 5-24 荷载组合作用下跨中横梁腹板最大拉应力（最大拉应力为47.755MPa）
5.10 跨中横梁最大压应力
轮胎位置如图 5-25所示。
图 5-25 轮胎位置
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活载作用下跨中横梁腹板最大压应力如图 5-26所示。
图 5-26 活载作用下跨中横梁腹板最大压应力（最大压应力为51.535MPa）
荷载组合作用下跨中横梁腹板最大压应力如图 5-27所示。
图 5-27 荷载组合作用下跨中横梁腹板最大压应力（最大压应力为78.359MPa）
活载作用下跨中横梁下翼缘最大压应力如图 5-28所示。
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图 5-28 活载作用下跨中横梁下翼缘最大压应力（最大压应力为79.422MPa）
荷载组合作用下跨中横梁下翼缘最大压应力如图 5-29所示。
图 5-29 荷载组合作用下跨中横梁下翼缘最大压应力（最大压应力为118.283MPa）
5.11 主梁下翼缘最大拉应力
轮胎位置如图 5-30所示。
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图 5-30 轮胎位置
活载作用下主梁下翼缘最大拉应力如图 5-31所示。
图 5-31 活载作用下主梁下翼缘最大拉应力（最大拉应力为91.6MPa）
荷载组合作用下主梁下翼缘最大拉应力如图 5-32所示。
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图 5-32 荷载组合作用下主梁下翼缘最大拉应力（最大拉应力为188.087MPa）
5.12 主梁腹板最大剪应力
轮胎位置如图 5-33所示。
图 5-33 轮胎位置
活载作用下主梁腹板最大剪应力如图 5-34所示。
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图 5-34 活载作用下主梁最大剪应力（最大剪应力为29.943MPa）
荷载组合作用下主梁腹板最大剪应力如图 5-35所示。
图 5-35 荷载组合作用下主梁腹板最大剪应力（最大剪应力为59.523MPa）
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第6章 设计总结
6.1 恒载作用下全桥各构件内力汇总
根据第三章的计算结果可知在恒载作用下桥面板、U肋、主梁和横梁的应力，如
表 6-1 恒载作用下的应力变形
构件 顶板 U肋 横梁腹板 横梁翼缘 主梁腹板 主梁翼缘 von Mises 应力(MPa) 43.429 29.834 24.573 52.335 110.669 98.947 横向应力（MPa） 拉应力 18.163 17.326 22.777 15.096 -- 49.396 压应力 39.952 11.172 -27.024 39.276 -- 38.078 纵向应力（MPa） 拉应力 9.714 11.5 -- 97.921 98.883 压应力 41.511 29.021 -- 32.066 42.947 剪应力竖向变形（MPa） （m） -- -- -- -- 30.267 -- 0.048 0.048 0.048 0.048 0.046 0.046 6.2 恒载和跨中最不利活载作用下全桥各构件内力汇总
根据第四章的计算结果可知在恒载作用下桥面板、U肋、主梁和横梁的应力，如表 6-2所示。
表 6-2 恒载和跨中最不利活载作用下的应力和变形 von Mise 应力(MPa) 53.437 104.579 .076 93.933 55.2 75.342 71.027 121.939 92.948 188.587 94.532 191.063 横向应力（MPa） 纵向应力（MPa） 拉应力 45.98 .162 42.315 59.621 31.779 48.141 31.622 37.220 -- -- -- -- 压应力 42.354 71.941 35.527 38.480 38.623 35.329 63.376 102.10 -- -- -- -- 拉应力 34.3 33.138 33.711 24.451 -- -- -- -- 92.877 188.536 94.537 191.067 剪应力竖向变 形（m） 压应力 （MPa）70.118 111.693 56.330 78.0 -- -- -- -- 35.283 .692 30.361 73.577 -- -- -- -- -- -- -- -- 0.043 0.0 0.043 0.0 0.042 0.088 0.042 0.088 0.041 0.087 0.040 0.085 构件 恒载 顶板 荷载组合 恒载 荷载组合 恒载 荷载组合 恒载 荷载组合 恒载 荷载组合 恒载 荷载组合 U肋 横梁腹板 横梁翼缘 主梁腹板 主梁翼缘 63
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6.3 恒载和车辆荷载作用下最不利内力汇总
根据上面的计算结果可知在活载和荷载组合作用下面桥面板、U肋、主梁和横梁的最不利应力，如表 6-3所示。
表 6-3 活载和荷载组合作用下的最不利应力
U肋最大拉应力 U肋最大压应力 顶板最大压应力 顶板最大拉应力 端横梁最大拉应力 端横梁最大剪应力 端横梁最大压应力 跨中横梁最大拉应力 跨中横梁最大压应力 跨中翼缘最大压应力 主梁翼缘最大拉应力 主梁腹板最大剪应力 活载（MPa） 恒载荷载组合（MPa） 板厚（mm） 0.008 0.008 0.014 0.014 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.012 0.046 0.026 折减后[σ] (MPa) 210 210 210 210 210 210 210 210 210 210 192 198 折减后[τ] （MPa） 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 54.537 59.834 61.227 25.3 39.559 30.792 40.33 32.506 51.535 79.422 91.6 29.943 63.841 82.883 102.278 37.353 41.654 37.602 53.166 47.755 78.359 118.283 188.087 59.523 6.4 结构验算
根据表 6-1至表 6-3的计算结果可知，可得到如下结论：
1、 该桥所有构件的应力均小于规范的容许应力，满足应力；
2、 该桥所有构件的活载作用下最大竖向变形0.043m小于规范规定的容
许挠度L/600=0.078m，满足要求。
6.5 总结
通过本次设计，主要体现在以下几个方面：
1、 此次计算分析做的是简支梁桥的板单元模型计算。采用有限元软件
ANSYS 进行建模。相比之前所做的桥梁模型，板单元模型更能反映出结构真实的受力情况。但是我有几点疑问，根据已给的参考资料，为什么给要对中间节间和边节间进行精细化划分，能否在保证精度的情况下适当划分单元即可；在进行轮胎荷载布置时，能否可以直接施加面荷载，同时兼顾考虑轮胎荷载的扩散。
2、 通过计算车辆荷载作用下最不利应力，较好地理解和掌握了正交异
形板全桥体系、桥面体系，顶板体系三体系理论，清楚地认识了正交异性板简支桥的受力特点。在进行最不利位置加载分析时，即分别考虑了盖板体系，桥面体系和主梁体系，如工况一道工况四求肋
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板与顶板的最不利应力时应用正交异形板的盖板体系。本次设计中只是根据参考文本中的取值，近似换算得到本次模型中的最不利加载位置，结果只是近似可靠，当然如果要准确进行分析，应当进行全面分析，利用穷举的方法，找到最不利加载位置。
3、 本次设计是在原有基础上进行优化计算，根据原先的尺寸，当纵梁
厚度取0.02m，纵梁翼缘厚度去0.04m时，在进行纵梁翼缘最大拉应力计算时，考虑到厚度折减，导致纵梁的翼缘应力超过规范规定的值，故采取了加厚纵梁腹板和翼缘，分别加大6mm，经计算是可以保证纵梁腹板和翼缘是在规范规定的值内。同时，如果在增加厚度不能保证结构各部分的应力达到规范要求，可以适当的增加纵梁的或者横梁的高度，提高全桥的整体刚度来达到控制应力的目的。 4、 针对本次课程设计，更多的体会不是在软件的使用上，而是对于正
交异形板的力学特性分析，在分析的过程中，会思考为什么要采用板壳单元模型，这些都需要扎实的理论基础，才能正确的模型正交异性板桥正确的力学特性，才能保证计算的精度。当然软件使用的提高也是一个方面，了解了ANSYS软件建立板壳单元的基本流程，熟悉相关的界面操作和命令操作。
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