分體式鋼箱梁整體計(jì)算及局部構(gòu)造優(yōu)化

周 康 凌 意

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司， 貴陽(yáng) 貴州 550000）

0 引言

歐美許多發(fā)達(dá)國(guó)家在鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程建設(shè)方面，已經(jīng)取得了多方面的成就，國(guó)內(nèi)的橋梁工程師、學(xué)者們也做了相當(dāng)部分的研究和推廣工作，近年來(lái)，伴隨著我國(guó)鋼材制造工藝水平和產(chǎn)量的提高，鋼材的質(zhì)量穩(wěn)定性，強(qiáng)度、低溫韌性等方面均有突出表現(xiàn)，而且鋼結(jié)構(gòu)施工具有快速化、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，這正和我國(guó)的橋梁總體朝著輕型化、裝配化、美觀化的發(fā)展方向不謀而合，鋼材后期可以回收利用，更加符合綠色環(huán)保的時(shí)代主題，故以鋼材為主材的橋梁得以飛速發(fā)展。本文以實(shí)際設(shè)計(jì)項(xiàng)目為依托，對(duì)分體式鋼箱梁橋進(jìn)行了整體驗(yàn)算，可供后續(xù)類(lèi)似工程參考。

1 鋼橋構(gòu)造

本橋?yàn)樯峡鐪ジ咚佟⑷細(xì)夤芫€、石油管線等而設(shè)，橋梁總寬19.5m，結(jié)合貴州山區(qū)的特點(diǎn)，采用便于運(yùn)輸?shù)姆煮w式連續(xù)鋼箱梁，跨徑(42+70+42)m，箱梁等高，高跨比1/25，單箱寬2.1m。

頂板厚16mm，底板厚14mm，腹板厚14mm，頂板采用U 肋加板肋的形式加勁，底板采T 型肋加勁，腹板采用上下各一道L 型肋加勁布置，隔板間隔2.5m，隔板間腹板設(shè)豎向加勁肋一道。

2 結(jié)構(gòu)受力分析及驗(yàn)算

鋼箱梁受力比較復(fù)雜，為既保證計(jì)算精度又確保實(shí)際應(yīng)用的可操作性，通常人為的講箱梁劃分為主梁體系（第一體系）、橋面體系（第二體系）、蓋板體系（第三體系）三個(gè)體系分別進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算，然后再進(jìn)行應(yīng)力疊加計(jì)算。

本次設(shè)計(jì)以橋梁博士V4 為計(jì)算工具，以各單箱為縱梁，隔板及橫梁為橫向聯(lián)系，建立空間梁格模型，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程進(jìn)行模擬分析。

2.1 模擬分析主要考慮荷載有：

恒載：鋼箱梁自重；橋面鋪裝體系自重；橋面邊、中防撞護(hù)欄自重。 活載：公路-I 級(jí)車(chē)，雙向四車(chē)道。

支座沉降：±5mm。

溫度荷載：整體升降溫，梯度升降溫。

結(jié)構(gòu)重要性：一級(jí)。

2.2 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算采用下列荷載組合：

基本組合：1.2 恒載+1.4 活載+1.05 溫度+1.0 支座沉降

標(biāo)準(zhǔn)組合：1.0 恒載+1.0 活載+1.0 溫度+1.0 支座沉降

2.3 構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算

鋼箱梁由鋼板焊接而成，為薄板結(jié)構(gòu)，其中剪力滯和局部穩(wěn)定效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)受力影響較為突出，可以通過(guò)計(jì)算截面有效寬度的方式來(lái)考慮剪力滯效應(yīng)和局部穩(wěn)定效應(yīng)造成的截面折減。

在板件受拉區(qū)，僅考慮板件因剪力滯效應(yīng)造成的截面折減；在板件受壓區(qū)，應(yīng)同時(shí)考慮截面因剪力滯效應(yīng)和局部穩(wěn)定效應(yīng)造成的截面折減。

第一體系最大正應(yīng)力（考慮剪力滯和局部穩(wěn)定）為：

注：負(fù)值為拉應(yīng)力，反之為壓應(yīng)力。

第二體系最大正應(yīng)力為：

應(yīng)力 最大應(yīng)力 最小應(yīng)力 單位：（Mpa） 39.70 -52.00

由于正交異性鋼橋面板薄膜效應(yīng)顯著，第三體系力可忽略不計(jì)。

故縱梁使用過(guò)程中頂板最大拉應(yīng)力為：178.24Mpa，最大壓應(yīng)力為：179.41Mpa；

縱梁使用過(guò)程中底板最大拉應(yīng)力為：201.73Mpa，最大壓應(yīng)力為218.01Mpa.

腹板剪應(yīng)力應(yīng)按剪力流理論計(jì)算結(jié)果如下：

梁編號(hào) 中支點(diǎn)1 處最大剪應(yīng)力（Mpa） 中支點(diǎn)2 處最大剪應(yīng)力(Mpa) 左邊梁 77.32 77.18 左中梁 52.85 52.84 右中梁 52.82 52.85 右邊梁 77.20 77.06

故縱梁腹板最大剪應(yīng)力為：77.32Mpa.

折算應(yīng)力計(jì)算：

梁編號(hào) 縱梁最大折算應(yīng)力（Mpa） 左邊梁 220.01 左中梁 185.80 右中梁 185.67 右邊梁 219.95

故縱梁最大折算應(yīng)力為：220.01Mpa.

2.4 正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算：

橋梁因直接承受汽車(chē)荷載作用，故應(yīng)按照對(duì)應(yīng)的疲勞細(xì)節(jié)進(jìn)行疲勞驗(yàn)算，本項(xiàng)目采用疲勞模型1 進(jìn)行疲勞計(jì)算：均布荷載為0.3qk，集中荷載為0.7Pk。

計(jì)算得各縱梁的疲勞應(yīng)力幅如下表：

梁位 部位 疲勞正應(yīng)力幅 （Mpa） 疲勞剪應(yīng)力幅 （Mpa） 頂板 21.42 左邊梁 底板 11.63 12.50 頂板 16.94 左中梁 底板 10.64 8.38 頂板 16.90 右中梁 底板 10.65 8.37 頂板 21.56 右邊梁 底板 11.50 12.48

疲勞正應(yīng)力幅：按橫向?qū)雍负缚p疲勞細(xì)節(jié)進(jìn)行驗(yàn)算：

疲勞剪應(yīng)力幅：

結(jié)構(gòu)豎向撓度驗(yàn)算

跨位 梁位 第一跨 （mm） 第二跨 （mm） 第三跨 (mm) 左邊梁 18.357 40.612 18.364 左中梁 15.345 36.338 15.342 右中梁 15.347 36.340 15.342 右邊梁 18.366 40.612 18.366

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次模擬分析驗(yàn)算，可以有如下結(jié)論：

（1）該分體鋼箱梁結(jié)構(gòu)在荷載最不利組合下，頂板最大拉應(yīng)力為178.24Mpa，頂板最大壓應(yīng)力為 179.41Mpa；底板最大拉應(yīng)力為 201.73Mpa，最大壓應(yīng)力為218.01Mpa；

（2）腹板剪應(yīng)力77.32Mpa；

（3）縱梁最大折算應(yīng)力為220.01Mpa；

可以看出雖然箱梁整體受力滿(mǎn)足規(guī)范要求，但墩頂?shù)装逄帀簯?yīng)力和箱梁整體折算應(yīng)力均比較接近極限值，且該位置為橫、縱受力交匯處，受力復(fù)雜，故此應(yīng)力狀態(tài)偏于不安全，故對(duì)底板墩頂縱向8m 范圍內(nèi)進(jìn)行局部加厚至20mm。建模驗(yàn)算可得：底板最大壓應(yīng)力為179.02Mpa，最大拉應(yīng)力為193.23Mpa；縱梁最大折算應(yīng)力為191.12Mpa，均滿(mǎn)足規(guī)范要求且有合適的富余量。

（4）最大撓度為40.6mm；

（5）疲勞驗(yàn)算滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定值；

可以由上看出，梁體變形和疲勞均滿(mǎn)足橋梁正常使用極限狀態(tài)要求。