雙箱單室箱梁頂板受力分析

王景山

中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司鄭州設(shè)計院，河南鄭州 450001

雙箱單室箱梁頂板受力分析

王景山

中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司鄭州設(shè)計院，河南鄭州 450001

隨著我國高速公路的建設(shè)，雙箱單室現(xiàn)澆箱梁因其箱璧薄、腹板間距大、橫向挑臂大，外形美觀、經(jīng)濟(jì)性相對較好，常常作為跨線橋被采用。本文結(jié)合某互通式立交雙向兩車道匝道橋3x20m跨徑雙箱單室現(xiàn)澆混凝土箱梁橋設(shè)計，對箱梁間頂板的受力狀態(tài)采用空間有限元進(jìn)行分析計算，并與規(guī)范按有效工作寬度的方法進(jìn)行計算對比，驗證規(guī)范方法對本橋的適用性。

雙箱單室箱梁；橋面板計算；有限元

國內(nèi)外橋梁工程的實踐表明,無論是公路橋梁還是城市高架橋和立交橋,預(yù)應(yīng)力報凝土及鋼筋混凝土薄壁箱型梁的應(yīng)用日益廣泛,常用的橫斷面形式有單箱單室、單箱雙室及雙箱單室。當(dāng)橋較寬,尤其是采用頂推法或懸臂拼裝法施工時,多采用雙箱單室橫斷面形式。隨著我國高速公路的建設(shè)，雙箱單室現(xiàn)澆箱梁因其箱璧薄、腹板間距大、橫向挑臂大，外形美觀、經(jīng)濟(jì)性相對較好，常常作為跨線橋被采用，而對于雙箱單室結(jié)構(gòu)的箱間頂板的受力情況往往參照規(guī)范按有效工作寬度的簡化方法進(jìn)行計算。某高速公路某互通式立交匝道橋采用整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，采用雙箱單室截面。施工時，先分別施工兩個箱室，落架后再澆筑縱向濕接縫形成雙箱截面，如圖1。

本文分別采用空間有限元程序（Super sap）和規(guī)范按橋面板有效分布寬度兩種方法對箱梁間的橋面板進(jìn)行受力計算和配筋計算，并把兩種計算結(jié)果進(jìn)行比較，驗證規(guī)范方法對本橋的實用性。

如圖1，雙箱頂板寬16m、單箱底板寬4m，腹板寬40cm，頂板厚度22cm，底板厚度20cm，梁高1.3m，兩側(cè)懸臂長1.75m，縱向濕接縫寬1.5m，兩箱梁間的間距為4.5m。

圖1 箱梁橫斷面

1 空間有限元模型計算

1.1 計算原理、計算方法和計算參數(shù)

按空間有限元理論，用Super SAP 通用有限元軟件進(jìn)行分析。箱梁混凝土采用8節(jié)點塊體單元模擬。本文主要計算箱梁頂板局部受力狀態(tài)，縱橋向取三跨20m跨徑連續(xù)梁計算。

計算模型見圖2：

圖2 有限元計算模型

計算參數(shù)如下：

C50號混凝土彈性模量Eh = 3.5x104MPa，泊松比ν=0.1667

橋面鋪裝按均布荷載施加，荷載集度

q鋪裝 = 0.1x25+0.06x26 = 4.06 kN/m2

中分帶護(hù)欄按均布荷載施加，荷載集度

q護(hù)欄 = 8.5/0.66 = 12.88 kN/m2

汽車荷載按規(guī)范公路I級荷載中車輛荷載數(shù)值和間距作為集中力作用在頂板上，

汽車按一輛重車計，橫向車輪距護(hù)欄50cm，兩車輪間距1.8m，護(hù)欄兩側(cè)各布置一輛車；縱向車輪間距1.4m。

1.2 計算結(jié)果

1.2.1 恒載橫向應(yīng)力

根據(jù)計算，恒載作用下箱梁頂板橫向正應(yīng)力云圖如圖3：

圖3 恒載頂板底面應(yīng)力圖

1.2.2 汽車荷載橫向應(yīng)力

根據(jù)計算，汽車荷載作用下箱梁頂板橫向正應(yīng)力云圖，圖4 ：

圖4 汽車荷載頂板頂面橫向應(yīng)力

圖5 汽車荷載頂板底面橫向應(yīng)力

根據(jù)箱梁之間頂板橫向正應(yīng)力數(shù)值推算單位板寬內(nèi)力，并進(jìn)行配筋計算。計算結(jié)果如表1。

表1 有限元法頂板配筋計算表

根據(jù)上述計算結(jié)果，兩箱室之間頂板采用22cm厚，配10cm間距的直徑16二級鋼筋能滿足受力要求。

2 按規(guī)范方法

按造《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》[1]，板厚與梁肋高度比小于1/4，橋面板中間橫橋向彎矩M=0.5M0，M0為與計算跨徑相同的簡支板跨中彎矩。

汽車荷載按規(guī)范公路I級荷載中車輛荷載數(shù)值和間距作為集中力作用在頂板上，有效寬度

按強(qiáng)度需配6根直徑16mm二級鋼筋；按裂縫寬0.15mm控制需配8根直徑16mm二級鋼筋；實際配10根直徑16mm二級鋼筋，滿足受力要求。

3 結(jié)論

通過對以上兩種計算方法的結(jié)果比較，按規(guī)范中箱梁頂板有效寬度方法計算箱梁頂板受力計算結(jié)果比按有限元法計算偏于保守。因此，實際設(shè)計中按有效工作寬度的簡化方法是安全可靠的。

[1]公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范.JTG D62-2004.

[2]曾攀.有限元分析基礎(chǔ)教程.

U445

A

1674-6708（2011）34-0107-02

王景山，高級工程師，畢業(yè)院校：上海鐵道學(xué)院