預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橫梁腹板抗剪分析

◎ 賀　凱　王　浩　張曉檸　長江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院

預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橫梁腹板抗剪分析

◎ 賀凱王浩張曉檸長江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁箱梁橋在工程中運(yùn)用比較廣泛，為研究單箱多室箱梁橫梁受力情況，首先需確定橫梁各腹板恒活載分配比例。本文通過建立多個(gè)實(shí)體有限元模型，比較分析單箱多室預(yù)應(yīng)力混凝土常用跨徑連續(xù)梁橋，在不同橋?qū)?、不同支座布置形式情況下橫梁處腹板受力的情況，分別得出了箱梁橫梁在有預(yù)應(yīng)力與無預(yù)應(yīng)力的情況下橫梁處各腹板恒載、活載分配比例，為此類箱梁橫梁的設(shè)計(jì)計(jì)算提供參考。

橋梁工程 預(yù)應(yīng)力砼箱梁 橫梁 腹板剪分配

在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)中，工程設(shè)計(jì)人員常將橫梁簡化為將恒載和活載以集中力的形式作用在每條腹板上的簡支梁或者連續(xù)梁來計(jì)算。為了求得橫梁的內(nèi)力，必須先確定每條腹板恒活載分配比例。為簡化橫梁計(jì)算，設(shè)計(jì)中常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先確定各腹板恒載分配力的比例，然后再根據(jù)這個(gè)分配比例來計(jì)算橫梁；對于單箱單室橫梁，腹板荷載分配比例是比較固定的，對于寬度較寬的單箱多室橫梁，各條邊、中腹板恒活載分配比例差異較大，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定腹板恒活載分配比例與實(shí)際腹板分配比例是否一致不能保證。本文結(jié)合工程實(shí)例，建立了兩種橋?qū)拞蜗涠嗍医孛娴倪B續(xù)箱梁實(shí)體模型，通過大型有限元軟件來計(jì)算分析并進(jìn)行對比，得出了不同箱梁橫梁腹板恒活載分配比例，對橫梁設(shè)計(jì)計(jì)算具有參考意義。

1.箱梁實(shí)體模型

本文模型分別選取城市高架橋常用橋?qū)?6m（雙向6車道）和3 4 m（雙向8車道），標(biāo)準(zhǔn)跨徑4×30m=120m連續(xù)箱梁為分析對象，采用midas建立全橋?qū)嶓w模型，計(jì)算模型恒載分別考慮了自重、二期恒載（瀝青鋪裝按2KN/m2，內(nèi)外側(cè)防撞護(hù)欄按40.4KN/m），橫向預(yù)應(yīng)力換算成等效面荷載施加于箱梁翼緣側(cè)板上，橫梁預(yù)應(yīng)力換算成集中力施加于橫梁上，活載按規(guī)范進(jìn)行影響線加載和橫向偏載。約束相應(yīng)方向水平及豎向位移，箱梁模型支座間距分別按大懸臂、拉開支座間距及大支座間距3種布置：26m支座間距為5.8m、10.5m和15m，34m支座間距為8.5m、10.5m和24m，分別讀取橫梁與腹板交界面各腹板范圍的豎向剪力值，此剪力便是各腹板恒活載分配力。

2.計(jì)算數(shù)據(jù)分析

（1）通過建立26m橋?qū)挷煌ёg距（5.8m、10.5m和15m）的三種實(shí)體模型計(jì)算橫梁處各腹板剪力值，并得出各條腹板分配剪力比例系數(shù)，計(jì)算結(jié)果如下表1～表4所示。

由表1、2結(jié)果可知：未考慮橫梁預(yù)應(yīng)力時(shí)，邊腹板恒載分配剪力比例系數(shù)范圍為0.79～1.15，中腹板恒載分配剪力比例系數(shù)范圍為0.85～1.21，中腹板大于邊腹板；施加橫梁預(yù)應(yīng)力后，結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布，邊腹板恒載分配剪力比例系數(shù)范圍為0.91～1.3，中腹板恒載分配剪力比例系數(shù)范圍為0.7～1.09，邊腹板大于邊腹板。邊腹板隨著支座間距逐漸增大恒載分配剪力比例系數(shù)逐漸增大，中腹板隨著支座間距逐漸增大恒載分配剪力比例系數(shù)逐漸減小。

由表3、4結(jié)果可知：邊腹板活載分配剪力比例系數(shù)范圍為0.61～1.49，中腹板恒載分配剪力比例系數(shù)范圍為0.65～1.31，邊腹板大于中腹板。邊腹板隨著支座間距逐漸增大活載分配剪力比例系數(shù)逐漸增大，中腹板隨著支座間距逐漸增大活載分配剪力比例系數(shù)逐漸減小。

（2）通過建立26m橋?qū)挷煌ёg距（8.5m、10.5m和24m）的三種實(shí)體模型計(jì)算橫梁處各腹板剪力值，并得出各條腹板分配剪力比例系數(shù)，計(jì)算結(jié)果如下表5～表8所示。

由表5、6結(jié)果可知：未考慮橫梁預(yù)應(yīng)力時(shí)，邊腹板恒載分配剪力比例系數(shù)范圍為0.61～1.38，中腹板恒載分配剪力比例系數(shù)范圍為0.68～1.26，邊腹板大于邊腹板；施加橫梁預(yù)應(yīng)力后，結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布，邊腹板恒載分配剪力比例系數(shù)范圍為0.99～1.69，中腹板恒載分配剪力比例系數(shù)范圍為0.61～1.14，邊腹板大于邊腹板。邊腹板隨著支座間距逐漸增大恒載分配剪力比例系數(shù)逐漸增大，中腹板隨著支座間距逐漸增大恒載分配剪力比例系數(shù)逐漸減小。

由表7、8結(jié)果可知：邊腹板活載分配剪力比例系數(shù)范圍為0.37～1.73，中腹板恒載分配剪力比例系數(shù)范圍為0.55～1.55，邊腹板大于中腹板。邊腹板隨著支座間距逐漸增大活載分配剪力比例系數(shù)逐漸減增大，中腹板隨著支座間距逐漸增大活載分配剪力比例系數(shù)逐漸減小。

通過以上計(jì)算分析可知，橫梁腹板剪力分配受支座間距、橫梁預(yù)應(yīng)力、腹板位置影響較大，在計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況分別計(jì)算橫梁腹板分配比例。然后按此比例計(jì)算橫梁受力，這樣是比較正確的。

3.結(jié)論

本文旨在研究單箱多室箱梁橫梁邊中腹板分配情況，通過計(jì)算分析得出了一下幾點(diǎn)結(jié)論。

（1）通過計(jì)算分析可知，邊腹板恒載隨著支座間距逐漸增大分配剪力比例系數(shù)逐漸增大，中腹板恒載隨著支座間距逐漸增大恒載分配剪力比例系數(shù)逐漸減??；邊腹板活載隨著支座間距逐漸增大分配剪力比例系數(shù)逐漸減增大，中腹板活載隨著支座間距逐漸增大分配剪力比例系數(shù)逐漸減小。

（2）受橋梁寬跨比、支座間距和橫梁剛度等因素影響，橫梁每條腹板傳遞的剪力差異較大，橫梁計(jì)算時(shí)各腹板不宜按照同一分配比例去考慮。

（3）在單箱多室橫梁計(jì)算時(shí)應(yīng)首先通過計(jì)算確定橫梁各腹板恒活載分配比例，然后按比例將荷載施加在橫梁上，這樣才能得到更為準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。

（4）本文僅考慮同等跨徑箱梁橫梁處各腹板恒活載分配規(guī)律，非標(biāo)準(zhǔn)跨徑橫梁處各腹板恒活載分配規(guī)律是否與此相同尚需進(jìn)一步研究。

[1]關(guān)清杰.箱梁橫梁計(jì)算方法研究[J].城市道橋與防洪,2012（07）：114-115.

[2]濮輝銘.現(xiàn)澆連續(xù)箱梁內(nèi)橫梁計(jì)算方法研究[J].工程與建設(shè),2012（02）：200-202.

[3]關(guān)典,栗榮宇,關(guān)世通,等.鋼筋混凝土箱型梁橋橫梁計(jì)算方法研究[J].遼寧省交通高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2005（03）：19-20+25.

[4]汪浩.魚腹式寬箱梁橫梁計(jì)算方法研究[J].上海公路,2012（04）：19-23.