基于橋面鋪裝受力分析的正交異性鋼橋面結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

隆 凱,林 帆,張林艷,冉志紅

(云南大學(xué) 建筑與規(guī)劃學(xué)院，云南 昆明 650500)

1 概述

大跨徑橋梁從滿足抗風(fēng)性能、抗扭剛度和穩(wěn)定性出發(fā)，主梁大多數(shù)采用強(qiáng)度高的鋼結(jié)構(gòu)，目前主要有桁梁和箱梁結(jié)構(gòu)。相比起鋼桁梁橋，鋼箱梁的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在自重輕，節(jié)省鋼材。鋼橋面鋪裝系統(tǒng)是指鋪設(shè)在正交異性橋面板上，起到保護(hù)鋼板、提供舒適行駛性能作用的薄膜結(jié)構(gòu)層。但由于正交異性橋面板的面外剛度較小，在橋梁結(jié)構(gòu)變形和溫度變化、車輛荷載、地震等外界因素影響下的變形和受力十分復(fù)雜。在高溫和重車荷載作用下，鋼橋面板局部變形大，位于各縱向加勁肋、橫隔板與橋面板焊接處出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中，導(dǎo)致鋪裝層受力十分不利，嚴(yán)重時(shí)鋪裝層會(huì)發(fā)生破壞。目前鋪裝層的破壞類型主要有車輛荷載反復(fù)作用下的疲勞開裂、高溫行車下的車轍變形以及層間粘結(jié)力不足引起的層間脫離[1]。相應(yīng)的以鋪裝層的橫向拉應(yīng)力σx、豎向位移h及鋪裝層層底剪應(yīng)力τ為控制指標(biāo)，從鋼箱梁結(jié)構(gòu)和鋪裝的一體化設(shè)計(jì)研究方面來解決鋪裝層的破壞問題[2]。

目前鋼箱梁結(jié)構(gòu)和鋪裝的一體化設(shè)計(jì)研究方法主要有兩種：解析法和數(shù)值法。解析法最為經(jīng)典的是1957年ESSLINGER和PELIKAN[3]提出的P-E法。P-E法將鋼橋面鋪裝體系分為鋼箱梁橋的整體結(jié)構(gòu)、局部的鋼箱梁結(jié)構(gòu)和正交異性橋面結(jié)構(gòu)3個(gè)系統(tǒng)，3個(gè)系統(tǒng)單獨(dú)計(jì)算后疊加得到正交異性橋面板的力學(xué)特性。數(shù)值法因其簡(jiǎn)便準(zhǔn)確已被廣泛應(yīng)用于鋼橋面鋪裝的力學(xué)響應(yīng)分析研究中，王柏文[4]等利用有限元分析軟件建立了正交異性橋面系的有限元模型，采用正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法研究了在最不利輪載作用下的鋼橋面板厚度和鋪裝層彈性模量、厚度對(duì)鋪裝層力學(xué)性能的影響。宋君超[5]等通過有限元軟件建立了簡(jiǎn)支梁鋼橋面鋪裝的多尺度模型，分析了鋼橋面板厚度和橫隔板間距對(duì)鋪裝層應(yīng)力應(yīng)變的影響規(guī)律。

盡管不同學(xué)者研究得到的結(jié)論不完全一致，但鋪裝層彈性模量、厚度等對(duì)鋪裝層的變形受力性能影響較大已形成共識(shí)[6-9]?；跇蛎驿佈b受力分析的正交異性鋼橋面結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究雖然也有學(xué)者在做探索和研究，但研究的不多而且不夠深入，未能明確正交異性橋面板結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)鋪裝層變形受力性能影響程度的主次順序，對(duì)于更優(yōu)性能更經(jīng)濟(jì)的橋面板結(jié)構(gòu)形式仍有待進(jìn)一步的設(shè)計(jì)和研究[10]。

本文采用數(shù)值模擬分析的一體化設(shè)計(jì)研究方法，首先通過計(jì)算分析找出橋面鋪裝層受力最不利的輪載位置，然后在最不利輪載位置下，研究正交異性鋼橋面結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)橋面鋪裝層力學(xué)性能的影響，最后采用正交試驗(yàn)法對(duì)鋼箱梁橋面系進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，目的為以后的正交異性鋼橋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)和借鑒。

2 鋼箱梁橋面板鋪裝體系有限元分析

2.1 研究對(duì)象

本橋?yàn)?跨55+90+55 m鋼箱梁，單幅布置，橋頂面寬11.7 m，箱梁邊支座位置梁高2 m，中支座位置梁高4 m，采用單箱單室閉合截面。橋面鋪裝為5 cm瀝青混凝土+防水粘結(jié)層。其他結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)Table1 Bridgestructuralparameters鋪裝層厚度/mm鋼板厚度/mm頂板U形加勁肋/mm橫隔板上口寬下口寬高間距厚度厚度/mm間距/m高度/m50163001702803008123.21.2

2.2 有限元模型

根據(jù)該鋼箱梁橋的實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸，利用有限元分析軟件ABAQUES建立了如圖1所示的局部箱梁鋪裝體系的完整有限元模型和如圖2所示的正交異性橋面鋪裝體系的簡(jiǎn)化模型，簡(jiǎn)化模型縱向取三跨(3.2 m×3)，橫向取8個(gè)U形加勁肋，鋼箱梁結(jié)構(gòu)采用線性減縮積分的S4R殼單元來模擬，模量為210 GPa，泊松比為0.15，瀝青混凝土鋪裝層采用線性減縮積分的C3D8R實(shí)體單元來模擬，模量為1 000 MPa，泊松比為0.25，假定鋼箱梁與鋪裝層材料為均勻、各向同性且連續(xù)的完全彈性體，其模量不隨溫度改變。此外，不考慮鋼橋面與鋪裝層的層間滑移和結(jié)構(gòu)自重。

圖1 局部箱梁鋪裝體系受力分析模型

圖2 正交異性橋面鋪裝體系受力分析模型

2.3 計(jì)算結(jié)果分析

計(jì)算荷載取汽-超20級(jí),后軸軸重13 t，考慮雙輪加載方式，其橫向尺寸取為0.2 m，縱向尺寸為0.23 m，兩輪相鄰輪邊間距0.1 m?？紤]沖擊系數(shù)1.3后輪壓為0.707 MPa。模型邊界條件設(shè)置為橫隔板底部固結(jié)，約束鋼橋面板與鋪裝層沿整體坐標(biāo)系x、y方向的位移。計(jì)算荷載縱向布置于模型第二跨跨中截面處，橫向布置3個(gè)荷載作用位置，荷位1為車輪中心作用在加勁肋中心，荷位2為車輪中心作用在加勁肋側(cè)肋的正上方，荷位3為車輪中心作用在兩加勁肋肋間中心。

計(jì)算結(jié)果表明：完整箱梁結(jié)構(gòu)模型與簡(jiǎn)化的正交異性橋面結(jié)構(gòu)模型鋪裝層最大豎向位移相差較大；鋪裝層最大橫向拉應(yīng)力和最大層底剪應(yīng)力相差很小。從控制鋪裝層的疲勞損傷裂縫和層間脫離病害角度考慮，可以認(rèn)為正交異性橋面結(jié)構(gòu)模型較為全面地反映了鋼箱梁橋面鋪裝在局部計(jì)算荷載作用下的力學(xué)特性，可以作為完整箱梁結(jié)構(gòu)模型的合理簡(jiǎn)化模型，同時(shí)兼顧了有限元計(jì)算的精度和速度。

2.4 模型驗(yàn)證

在用數(shù)值法對(duì)鋼箱梁橋面鋪裝體系研究時(shí)，為了確保建立的局部模型能準(zhǔn)確計(jì)算實(shí)際結(jié)構(gòu)的受力情況，提高計(jì)算精度的同時(shí)縮短計(jì)算時(shí)間，則有必要對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行驗(yàn)證。文獻(xiàn)[11]給出了橋面鋪裝層橫向最大拉應(yīng)變的計(jì)算公式如下：

(εx)max=k1k2k3k4k5k6k7εx0

式中符號(hào)意義見該參考文獻(xiàn)。將表1結(jié)構(gòu)參數(shù)代入以上公式進(jìn)行理論計(jì)算，將荷載作用于荷位2進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，并改變軸重大小可得到公式計(jì)算和數(shù)值模擬計(jì)算下鋼橋面鋪裝層的橫向最大拉應(yīng)變(εx)max，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3 計(jì)算結(jié)果對(duì)比

由以上計(jì)算結(jié)果可知，本文的驗(yàn)證模型和文獻(xiàn)[11]所給公式計(jì)算得到的鋪裝面層橫向最大拉應(yīng)變誤差在1%以內(nèi)，由此可見建出來的模型是可靠的。

2.5 局部鋼橋面系有限元模型

本文的局部鋼橋面系有限元分析模型在驗(yàn)證模型的基礎(chǔ)上，保持正交異性橋面板結(jié)構(gòu)參數(shù)和鋪裝材料參數(shù)不變，計(jì)算荷載采用公路-1級(jí)車載550 kN，后軸軸重140 kN加載，考慮單輪加載方式，其橫向加載長度為0.6 m，縱向加載長度為0.2 m，考慮沖擊系數(shù)1.3后輪壓為0.758 MPa。

2.6 影響分析因素及水平的確定

對(duì)鋼箱梁橋面系進(jìn)行優(yōu)化研究時(shí)，在已有的研究成果之上，參考《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2015)對(duì)箱梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)要求，研究在最不利荷載作用下鋼橋面板厚度、橫隔板間距、U肋上口寬度、U肋高度、U肋厚度以及U肋橫向布置間距6個(gè)因素對(duì)鋼橋面鋪裝力學(xué)特性的影響。

我國《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D64-2015)規(guī)定鋼橋面板的厚度不宜小于14 mm、閉口加勁肋的厚度不能小于6 mm以及橫隔板的間距不應(yīng)小于6 m，除此以外還對(duì)閉口加勁肋的幾何尺寸做了以下規(guī)定：

式中符號(hào)含義見該規(guī)范。結(jié)合規(guī)范規(guī)定并滿足公式要求，最終確定正交異性結(jié)構(gòu)構(gòu)件的參數(shù)水平如下：

鋼橋面板厚度：16、18、20、22 mm。

橫隔板間距：2 400、3 200、4 000 mm。

加勁肋厚：6、8、10 mm；

加勁肋高：260、280、300、320 mm；

加勁肋上口寬度：260、280、300、320、340 mm；

加勁肋橫向布置間距：260、280、300、320、340 mm。

3 計(jì)算結(jié)果及分析

3.1 最不利輪載位分析

將車輪荷載分別在跨中、3/8跨、1/4跨、1/8跨、1/16跨以及橫隔板正上方6個(gè)縱向位置按照第2節(jié)橫向荷載位置加載到模型的鋪裝表面，得到最不利荷載作用位置在橫向?yàn)楹晌?，縱向?yàn)榫鄼M隔板約0.2 m處。但考慮到正交異性橋面板橫隔板間距是變化的，導(dǎo)致了縱向最不利輪載位也是變化的，為了使分析結(jié)果具有普遍的參考意義，縱向仍然選擇跨中為加載位置，鋪裝面層實(shí)際最大橫向拉應(yīng)力通過跨中加載得到應(yīng)力乘以一定系數(shù)即可求得。

3.2 鋼橋面鋪裝層靜力模型參數(shù)敏感性分析

3.2.1單一結(jié)構(gòu)參數(shù)影響分析

a.鋼橋面板厚度對(duì)鋪裝層受力的影響。

控制鋪裝層與鋼箱梁的其他結(jié)構(gòu)參數(shù)一定的條件下，鋼橋面板厚度分別取16、18、20、22 mm，來研究鋼橋面板厚度對(duì)鋪裝層受力的影響。荷載作用于以上得到的最不利輪載位，計(jì)算結(jié)果如圖4所示。鋪裝層表面的最大豎向位移、最大橫向拉應(yīng)力、最大層底剪應(yīng)力都隨著鋼橋面板厚度的增大而減小。鋼橋面板厚度越大，橋面的剛度就越大，受力越均勻越合理，從優(yōu)化箱梁結(jié)構(gòu)的角度來說增加板厚對(duì)改善鋪裝變形受力十分有效。

圖4 鋼橋面板厚度的影響

b.橫隔板間距對(duì)鋪裝層受力的影響。

分析方法相同，橫隔板間距分別取2.4、3.2、4.0 m，計(jì)算結(jié)果如圖5所示。橫隔板間距越大，鋪裝層的最大豎向位移就越大，可見橫隔板間距對(duì)箱梁的整體剛度影響較大。而鋪裝層的受力情況受橫隔板間距改變的影響都不大，可見橫隔板間距對(duì)箱梁局部剛度的影響不大。

圖5 橫隔板間距的影響

c.U肋厚度對(duì)鋪裝層受力的影響。

分析方法相同，U肋厚度分別取6、8、10 mm，計(jì)算結(jié)果如圖6所示。鋪裝層表面的最大豎向位移、最大層底剪應(yīng)力隨U肋壁厚的增加而減小，最大橫向拉應(yīng)力隨之增加而增大。由于U肋壁厚的增加提高了正交異性橋面板的支撐剛度，因此增大U肋壁厚會(huì)降低鋪裝層的最大豎向位移，與實(shí)際相符。

圖6 U肋厚度的影響

d.U肋高度對(duì)鋪裝層受力的影響。

分析方法相同，U肋高度分別取260、280、300、320 mm，計(jì)算結(jié)果如圖7所示。U肋高度越大，鋪裝層的最大豎向位移越小，說明U肋高度增大提高了箱梁的整體剛度，對(duì)鋪裝層受力是有利的；U肋高度改變對(duì)鋪裝層的受力影響均不大。

圖7 U肋高度的影響

e.U肋上口寬度對(duì)鋪裝層受力的影響。

分析方法相同，U肋上口寬度分別取260、280、300、320、340 mm，計(jì)算結(jié)果如圖8所示。U肋上口寬度越大，鋪裝層的受力變形越大，在滿足結(jié)構(gòu)安全的前提下，U肋上口寬度應(yīng)選擇較小值。

圖8 U肋上口寬度的影響

f.U肋橫向布置間距對(duì)鋪裝層受力的影響。

分析方法相同，U肋橫向布置間距分別取260、280、300、320、340 mm，計(jì)算結(jié)果如圖9所示。U肋橫向布置間距越大，鋪裝層的受力變形就越大。在輪載密集區(qū)域可以適當(dāng)減小U肋間距，在其他區(qū)域可以適當(dāng)增大U肋間距。

圖9 U肋橫向布置間距的影響

3.2.2多因素正交數(shù)值模擬試驗(yàn)分析

引言部分介紹了鋪裝層的常見破壞類型及相應(yīng)控制指標(biāo)，目的通過正交數(shù)值模擬試驗(yàn)確定正交異性橋面板結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)各控制指標(biāo)的影響程度，考慮不同鋼橋面板厚度的情況下，通過合理設(shè)計(jì)其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件的參數(shù)水平來降低三種控制指標(biāo)數(shù)值，在提高鋪裝層壽命的同時(shí)為不同的正交異性橋面板結(jié)構(gòu)組合類型提供參考和指導(dǎo)。本文考慮了鋼橋面板厚度、橫隔板間距、U肋厚度、U肋高度、U肋上口寬度、U肋橫向布置間距6種因素對(duì)鋼橋面鋪裝層力學(xué)性能的影響，每種因素根據(jù)我國實(shí)際鋼箱梁結(jié)構(gòu)參數(shù)選取情況，在常用的范圍內(nèi)分別考慮3種不同的水平，如表2所示。

本文擬選用L18(37)正交表，其中：“18”表示試驗(yàn)數(shù)，“7”為該正交表最多可試驗(yàn)的因素個(gè)數(shù)，當(dāng)試驗(yàn)因素個(gè)數(shù)不足7個(gè)時(shí)，多余的作為空列考慮，“3”為各試驗(yàn)因素的水平數(shù)。正交表設(shè)計(jì)和計(jì)算結(jié)果如表3所示。對(duì)正交數(shù)值模擬試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析和方差分析的目的在于明確試驗(yàn)因素對(duì)控制指標(biāo)影響程度的高低順序、各試驗(yàn)因素的最優(yōu)水平以及在試驗(yàn)范圍內(nèi)不同因素不同水平最優(yōu)組合。表4和表5分別給出了對(duì)鋪裝層最大橫向拉應(yīng)力這一控制指標(biāo)進(jìn)行極差分析和方差分析結(jié)果，鋪裝層最大豎向位移和鋪裝層層底最大剪應(yīng)力數(shù)據(jù)處理的結(jié)果表格考慮文章篇幅沒有例舉出來，分析方法參考了范步高介紹的正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理模型[12]。

表2 影響因素及水平Table2 Influencingfactorsandlevels水平試驗(yàn)因素A鋼橋面板厚度/mmB橫隔板間距/mmCU肋厚度/mmDU肋高度/mmEU肋上口寬度/mmFU肋橫向布置間距/mm1162400626030030021832008280320320320400010300340340

表3 L18(37)正交數(shù)值模擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table3 OrthogonalnumericalsimulationexperimentdesignofL18(37)試驗(yàn)號(hào)因子控制指標(biāo)A/mmB/mmC/mmD/mmE/mmF/mmG(空列)(σx)max/MPaτmax/MPahmax/mm1(1)16(1)2400(1)6(1)260(1)300(1)300(1)0.25450.32740.79092(1)16(2)3200(2)8(2)280(2)320(2)320(2)0.32220.39080.96573(1)16(3)4000(3)10(3)300(3)340(3)340(3)0.37430.40361.12204(2)18(1)2400(1)6(2)280(2)320(3)340(3)0.27080.36770.72445(2)18(2)3200(2)8(3)300(3)340(1)300(1)0.23320.33640.86276(2)18(3)4000(3)10(1)260(1)300(2)320(2)0.25510.33461.14307(3)20(1)2400(2)8(1)260(3)340(2)320(3)0.20420.31790.63798(3)20(2)3200(3)10(2)280(1)300(3)340(1)0.22920.32560.70169(3)20(3)4000(1)6(3)300(2)320(1)300(2)0.15610.30361.306010(1)16(1)2400(3)10(3)300(2)320(2)320(1)0.29260.38210.534011(1)16(2)3200(1)6(1)260(3)340(3)340(2)0.36280.41541.360012(1)16(3)4000(2)8(2)280(1)300(1)300(3)0.27550.32101.280013(2)18(1)2400(2)8(3)300(1)300(3)340(2)0.27180.36100.568314(2)18(2)3200(3)10(1)260(2)320(1)300(3)0.23010.32190.843715(2)18(3)4000(1)6(2)280(3)340(2)320(1)0.25320.35851.603016(3)20(1)2400(3)10(2)280(3)340(1)300(2)0.17820.30310.520217(3)20(2)3200(1)6(3)300(1)300(2)320(3)0.17900.31350.901718(3)20(3)4000(2)8(1)260(2)320(3)340(1)0.23200.33301.3170

表4 極差分析Table4 Extremedifferenceanalysis指標(biāo)最大橫向拉應(yīng)力(σx)max/MPaABCDEFk1(×e-2)313.7245.4246.1256.5244.2221.3k2(×e-3)252.4259.4256.5254.9250.6251.1k3(×e-3)196.5257.7259.9251.2267.7290.2R(×e-3)117.214.013.85.323.568.9水平主次321132123321123123因素主次D:C;B:E:F:A

由表4和表5可以看出，當(dāng)考慮鋪裝層橫向最大拉應(yīng)力這一控制指標(biāo)時(shí)，鋼橋面板厚度A的極差R均大于其他結(jié)構(gòu)參數(shù)的極差，且鋼橋面板厚度A的Fi也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他結(jié)構(gòu)參數(shù)的Fi，說明鋼橋面板厚度是影響鋪裝層最大橫向拉應(yīng)力最顯著的因素，而U肋高度變化時(shí)鋪裝層最大橫向拉應(yīng)力的極差R=5.3×e-3，F(xiàn)i=0.787 50為最小，說明其對(duì)鋪裝層最大橫向拉應(yīng)力影響最小，以減小鋪裝層最大橫向拉應(yīng)力為目標(biāo)時(shí)，當(dāng)因素ABCDEF分別取水平3、水平1、水平1、水平3、水平1、水平1時(shí)，k指標(biāo)分別是196.5×e-3、245.4×e-3、246.1×e-3、251.2×e-3、244.2×e-3、221.3×e-3，分別是不同因素不同水平中的最小值，因此可以初步確定此時(shí)因素的最優(yōu)水平為A3B1C1D3E1F1,但考慮到經(jīng)濟(jì)性并結(jié)合方差分析得到的結(jié)果，橫隔板間距B、U肋厚度C、U肋高度D變化時(shí)鋪裝層最大橫向拉應(yīng)力的分別為6.212 50、5.425 00、0.787 50，相對(duì)于其他因素Fi的要小得多，說明因素BCD對(duì)鋪裝層最大橫向拉應(yīng)力的影響非常小，在試驗(yàn)范圍內(nèi)可以取不同水平中經(jīng)濟(jì)性較好的值，最后確定以減小鋪裝層最大橫向拉應(yīng)力為目的時(shí)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)組合為A3B3C1D1E1F1；同理，以減小鋪裝層層底剪應(yīng)力為目標(biāo)時(shí)，最優(yōu)結(jié)構(gòu)組合為A3B3C1D1E1F1；以減小鋪裝層最大豎向位移為目標(biāo)時(shí)，最優(yōu)結(jié)構(gòu)組合為A1B1C3D1E1F3。當(dāng)綜合考慮在減小鋪裝層表面橫向拉應(yīng)力、豎向位移以及鋪裝層層底剪應(yīng)力的同時(shí)，使結(jié)構(gòu)組合的經(jīng)濟(jì)性能較優(yōu)，此時(shí)推薦的最優(yōu)結(jié)構(gòu)組合為A2B2C2D1E1F1。

表5 方差分析Table5 Varianceanalysis最大橫向拉應(yīng)力/MPa試驗(yàn)因素SifiViSefeVeFiPi顯著性A0.0412420.02062360.850008.7E-08關(guān)鍵B0.0007120.000366.212500.02809C0.0006220.000315.425000.03777D0.0000920.000050.787500.49150次要E0.0017620.0008815.400000.00273F0.0143220.00716125.300003.3E-06關(guān)鍵G(空列)0.0002420.000122.100000.19301誤差0.0000730.0004070.00006總和0.0590517

考慮到鋪裝層屬于鋼箱梁橋面板的附屬結(jié)構(gòu)，分擔(dān)的結(jié)構(gòu)承載力較小，橋梁設(shè)計(jì)者在進(jìn)行鋼箱梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)傾向于根據(jù)設(shè)計(jì)好的箱梁結(jié)構(gòu)剛度和特性來選擇鋪裝結(jié)構(gòu)類型，為了滿足鋪裝層受力要求來改變箱梁結(jié)構(gòu)參數(shù)的不多，因此研究不同鋼橋面板厚度的條件下，考慮橫隔板間距、U肋上口寬度、U肋高度、U肋厚度以及U肋橫向布置間距5個(gè)因素對(duì)鋼橋面鋪裝力學(xué)特性的影響，每個(gè)因素同樣考慮3種不同的水平，通過正交試驗(yàn)分析法得到不同鋼橋面板厚度條件下的最優(yōu)結(jié)構(gòu)組合方案。采用L18(37)正交表，研究方法與上述方法相同，影響因素及水平見表6，不同鋼橋面板厚度下的最優(yōu)結(jié)構(gòu)組合方案見表7，正交表設(shè)計(jì)和計(jì)算結(jié)果、極差分析和方差分析結(jié)果的圖表考慮文章篇幅情況不一一列舉。

表6 影響因素及水平Table6 Influencingfactorsandlevelsmm水平試驗(yàn)因素A橫隔板間距BU肋厚度CU肋高度DU肋上口寬度EU肋中心距1240062603003002320082803203203400010300340340

表7 不同鋼橋面板厚度下的最優(yōu)結(jié)構(gòu)組合方案Table7 Theoptimalstructuralcombinationschemesunderdifferentthicknessofsteelbridgedeck板厚最優(yōu)結(jié)構(gòu)組合方案(σx)maxτmaxhmax綜合指標(biāo)16A3B1C1D1E1A3B1C1D1E1A1B3C1D1E3A2B2C1D1E118A3B1C1D1E1A3B1C1D1Ev1A1B3C1D1E3A2B2C1D1E120A3B1C1D1E1A3B1C1D1E1A1B3C1D1E3A2B2C1D1E122A3B1C1D1E1A3B1C1D1E1A1B3C1D1E3A2B2C1D1E1

由表6可以看出，當(dāng)以控制鋪裝層最大橫向拉應(yīng)力為目標(biāo)時(shí)，不同橋面板厚度下的正交異性橋面板的最優(yōu)結(jié)構(gòu)組合方案存在一定差異，但綜合考慮控制各個(gè)受力指標(biāo)的情況下，不同橋面板厚度下的正交異性橋面板的最優(yōu)結(jié)構(gòu)組合方案是相同的。

4 結(jié)論

本文較為系統(tǒng)地研究了正交異性板結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)鋪裝層受力特性的影響，利用正交數(shù)值模擬試驗(yàn)方法開展了多因素的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，主要得到以下結(jié)論：

a.輪載中心作用在加勁肋側(cè)肋的正上方時(shí)，鋪裝層處于最危險(xiǎn)受力狀態(tài)，此時(shí)鋪裝層的受力變形最大。

b.鋼橋面板厚度對(duì)鋪裝層的最大橫向拉應(yīng)力、最大層底剪應(yīng)力影響最為顯著；橫隔板間距對(duì)鋪裝層的最大豎向位移影響最為顯著；U肋厚度、U肋高度越大，鋼箱梁的整體剛度就越大，鋪裝層的最大豎向位移就越小；U肋上口寬度和橫向布置間距越大，鋪裝層的受力變形就越大。

c.基于多因素正交試驗(yàn)法的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，給出不同鋼橋面板厚度條件下使鋪裝層受力和變形以及經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最優(yōu)的正交異性橋面板結(jié)構(gòu)組合。