正交异性钢桥面板通常按照3个基本结构体系进行研究，在荷载作用下，钢桥面板任一点的内力均可由3个体系叠加近似求取[1]。第一体系是由顶板和纵肋组成的结构体系，参与主梁共同受力，也称主梁体系；第二体系是由纵肋、横肋和顶板组成的结构体系，顶板被视作纵肋、横肋上翼缘的一部分，也称桥面体系；第三体系是将顶板视作各向同行的连续板，直接承受作用于肋间的轮荷载，也称盖板体系[2]。第一体系为常规的主梁体系计算，在有限元中常采用梁单元计算模拟，第三体系当顶板上的轮重逐渐增大时，盖板的弯曲应力逐步进入到薄膜应力状态，承载力比用一次弯曲理论求出的计算值大。经实验证实，钢箱梁顶板对局部荷载的承载力很大，因此其应力可以忽略不计[3]；第二体系可采用正交异性板法、P-E法、格子梁法、有限条法和板壳有限元法等计算[4]。在实际工程设计中，较为实用的钢箱梁第二体系计算方法有单肋模型、梁格模型和梁板模型，其他方法由于建模较为复杂，在实际工程初步设计阶段采用较少。本文以G107武汉市东西湖段（高桥二路—额头湾）快速化改造工程九通路钢箱梁为例，分别建立三种钢箱梁第二体系实用计算模型，对比分析其应力大小，为同类型桥梁的计算提供参考。1工程概况九通路钢箱梁是G107武汉市东西湖段（高桥二路至额头湾）快速化改造工程的一座跨路口高架钢箱梁桥，跨径为（30+50+30） m，边中跨比0.6，梁高2.2 m，高跨比1/22.7，梁宽26 m，采用单箱六室结构。道路为双向6车道断面，设1.5 m宽中央分隔带。标准段横隔板间距3 m，横隔板中间设刚性横肋（横肋与横隔板间距1.5 m），标准段顶板厚度为16 mm，底板厚度为16 mm，腹板厚度为14 mm。九通路钢箱梁标准段断面如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.04.031.F001图1九通路钢箱梁标准段断面/mm2第二体系有效分布宽度计算钢箱梁第二体系计算时，纵肋可看作弹性支承于横肋，横肋由主梁腹板支承，主梁腹板和横梁可近似假设为刚性支承。单纵肋模型、梁格模型均需要计算纵肋和横肋的有效宽度。钢桥面板加劲肋有效宽度表达式[5]：C=b,(bl≤0.02)C=1.06-3.2bl+4.5bl2b,(0.02bl0.3)C=0.15l,(bl≥0.3) （1）式中：2b——纵肋的相邻腹板中心线（对于纵肋有效宽度计算）或横肋（横梁）的相邻腹板中心距离（对于横肋有效宽度计算）；l——换算跨径。换算跨径l计算结合吴冲《现代钢桥（上册）》。在计算钢桥面板加劲肋有效宽度时，计算公式与《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64—2015）公式类似，但符号代表不同的含义。公路钢桥规范中只有主梁体系的有效分布宽度计算公式，没有钢桥面板加劲肋有效宽度的计算公式。钢桥面板加劲肋有效宽度计算公式可参考吴冲《现代钢桥（上册）》公式。3第二体系实用计算方法对比采用Midas Civil 2020建立九通路钢箱梁的单纵肋模型、梁格模型和梁板模型，分别计算并对比第二体系应力计算结果。3.1单纵肋模型在Midas Civil 2020软件中建立单纵肋U肋模型，共计节点数13个，单元数12个。U肋翼缘顶板有效宽度按照式（1）计算，在横隔板和刚性横肋处设置一般支承，汽车荷载考虑《城市桥梁设计规范（2019版）》（CJJ 11—2011）规定的城市A级车辆荷载，局部冲击系数按0.4考虑[6]，车辆荷载作用于U肋正上方位置。九通路钢箱梁第二体系单纵肋模型如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.04.031.F002图2九通路钢箱梁第二体系单纵肋模型九通路钢箱梁第二体系单纵肋模型，U肋下缘最大拉应力为32.1 MPa，最小压应力为-17.4 MPa。钢箱梁第二体系的单纵肋模型应力计算结果如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.04.031.F003图3钢箱梁第二体系的单纵肋模型应力计算结果3.2梁格模型在Midas Civil 2020软件中建立梁格模型，纵肋、横肋、横隔板均采用“工”字形截面，共计节点数1 035个，单元数1 720个。纵肋翼缘顶板、横肋翼缘、横隔板翼缘有效宽度均按照式（1）计算，在腹板处设置一般支承，汽车荷载考虑《城市桥梁设计规范（2019版）》（CJJ 11—2011）规定的城市A级车辆荷载，局部冲击系数按0.4考虑，车辆荷载分布时在程序中选择横向联系。九通路钢箱梁第二体系梁格模型如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.04.031.F004图4九通路钢箱梁第二体系梁格模型九通路钢箱梁第二体系梁格模型应力计算结果如图5所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.04.031.F005图5九通路钢箱梁第二体系梁格模型应力计算结果九通路钢箱梁第二体系梁格模型，U肋下缘最大拉应力30 MPa，最小压应力-15.1 MPa。3.3梁板模型在Midas Civil软件中建立梁板模型，纵肋不带顶板，横肋、横隔板均采用倒“T”形截面，模型共计1 035个节点，1 720个梁单元，952个板单元。桥面板采用板单元建模，可以验证梁格模型顶板有效宽度计算的正确性。在腹板处设置一般支承，荷载考虑《城市桥梁设计规范（2019版）》（CJJ 11—2011）规定的城市A级车辆荷载，局部冲击系数按0.4考虑，车辆荷载加载时按车道面加载。九通路钢箱梁第二体系梁板模型如图6所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.04.031.F006图6九通路钢箱梁第二体系梁板模型九通路钢箱梁第二体系梁板模型应力计算结果如图7所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.04.031.F007图7九通路钢箱梁第二体系梁板模型应力计算结果九通路钢箱梁第二体系梁板模型，U肋下缘最大拉应力15.8 MPa，最小压应力-13.2 MPa。3.4应力对比3种钢箱梁第二体系实用计算模型下，九通路钢箱梁第二体系应力计算结果如表1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.04.031.T001表1九通路钢箱梁第二体系实用计算模型应力结果模型类别U肋下缘最大拉应力/MPa相差/%U肋下缘最小压应力/MPa相差/%单肋模型32.1—-17.4—梁格模型30.07.0-15.115.2梁板模型15.8103.2-13.231.8单肋模型U肋下缘最大拉应力比梁格模型大约7.0%，U肋下缘最小压应力比梁格模型大15.2%，计算结果偏安全；单肋模型U肋下缘最大拉应力比梁板模型大约103.2%，U肋下缘最小压应力比梁格模型大约31.8%；采用单肋模型计算钢箱梁第二体系应力整体偏安全。4结语建立九通路钢箱梁三种第二体系实用计算模型并分析其应力结果。计算钢箱梁第二体系应力时，为了结构的设计安全和计算结果的可靠，建议分别建立单肋模型和梁格模型，取其包络值作为第二体系应力计算结果。计算纵、横肋有效宽度时，注意套用的计算公式参数取值，主梁体系有效宽度计算和纵、横肋有效宽度计算的换算跨径l取值不同。对于纵肋的支承跨径L，刚性横肋和柔性横肋的取值不同，九通路采用刚性加劲肋，纵肋的支承跨径是1.5 m。如果是柔性横肋，计算跨径应调整为横隔板的间距，一般桥梁汽车荷载的局部加载，冲击系数采用0.3，但正交异性钢桥面板承载能力极限状态设计时，汽车局部荷载作用的冲击系数采用0.4。本文探讨钢箱梁第二体系应力实用计算方法，因此没有建立板壳有限元模型。