箱梁截面有效寬度對等截面連續(xù)梁橋的受力影響分析

孫 東

(安徽省交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥 230011)

0 引 言

預(yù)應(yīng)力混凝土等截面連續(xù)箱梁橋具有外形美觀、整體性好、橫向抗扭剛度大等優(yōu)點(diǎn),因此在橋梁設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用，但是在橋梁設(shè)計(jì)中往往忽略了剪力滯對橋梁結(jié)構(gòu)受力分析的影響，導(dǎo)致橋梁部分構(gòu)件應(yīng)力過分集中造成橋梁的失穩(wěn)和局部破壞,給工程建設(shè)帶來巨大的損失和災(zāi)難。

箱型截面梁受對稱垂直力作用時(shí)，受壓翼緣上的壓應(yīng)力隨著離腹板距離增加而減小，這種現(xiàn)象稱為剪力滯后或剪力滯效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)成果和理論分析都證實(shí)，寬翼緣箱型截面梁存在剪力滯現(xiàn)象，忽略剪力滯效應(yīng)的影響，就會低估箱梁腹板和翼板交接處的應(yīng)力集中，因此在橋梁設(shè)計(jì)中必須考慮剪力滯對結(jié)構(gòu)受力分析的影響。如果按照精確的剪力滯計(jì)算公式或空間有限元來分析截面的應(yīng)力是非常復(fù)雜的，因此本文采用偏安全的簡化計(jì)算方法，引入箱型截面梁翼緣有效寬度，通過工程實(shí)例和橋梁博士軟件，分析箱型截面梁翼緣有效寬度對主梁結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果的影響。

1 項(xiàng)目概況

主橋橋跨布置為(30+45+30) m，上部構(gòu)造采用等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，單箱單室，直腹板，頂板寬度為8.0 m，底板寬度為5 m，翼緣寬度為1.5 m，梁高2.7 m?？缰刑幭淞喉敯搴?5 cm，底板厚28cm，腹板厚50 cm，頂板、底板、腹板在端橫梁和中橫梁處設(shè)置5 m漸變段。箱梁采用一次落架現(xiàn)澆施工。

2 主要計(jì)算參數(shù)選取及計(jì)算荷載

2.1 主要計(jì)算參數(shù)選取

(1)混凝土。C50混凝土，fck=32.4 MPa，ftk=2.65 MPa，fcd=1.83 MPa，E=3.45×104MPa；C50混凝土容重γ=26 kN/m3;瀝青混凝土容重γ=24 kN/m3。

(2)鋼絞線。fpk=1 860 MPa，Ep=1.95×105MPa，預(yù)應(yīng)力筋張拉控制應(yīng)力σcon=0.72fpk=1 339 MPa，管道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)k=0.001 5，預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道壁的摩擦系數(shù)μ=0.17，鋼束錨固時(shí)彈性回縮變形量對于單端張拉預(yù)應(yīng)力筋為6 mm,對于雙端張拉預(yù)應(yīng)力筋為12 mm。

(3)熱膨脹系數(shù)?；炷翢崤蛎浵禂?shù)采用α=1.1×105。

(4)收縮徐變時(shí)間：3 650 d。

(5)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)：1.1。

2.2 計(jì)算荷載

(1)恒載：一期恒載包括主梁自重、橫隔梁重量，橫隔梁按集中荷載計(jì)算；二期恒載包括橋面鋪裝、護(hù)欄等。

(2)活載:公路-I級；

(3)整體溫度：系統(tǒng)整體升溫25℃，降溫20 ℃。

(4) 梯度溫度：根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2015)豎向溫度梯度曲線取值。正溫差T1=14℃，T2=5.5℃，豎向日照反溫差為正溫差乘以-0.5。

(5)不均勻沉降橋墩0.01 m、橋臺0.007 m。

3 計(jì)算模型

全橋共劃分為131個(gè)單元，132個(gè)節(jié)點(diǎn)。其中2#、40#、93#和131#節(jié)點(diǎn)為支承節(jié)點(diǎn)，主梁全部采用梁單元進(jìn)行模擬，主梁按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)，全橋計(jì)算模型如圖1所示。

圖1 計(jì)算模型

4 計(jì)算結(jié)果分析

4.1 箱梁翼緣有效寬度計(jì)算

為了分析箱梁截面有效寬度對橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果的影響，分別取邊支點(diǎn)、中支點(diǎn)、邊跨及中跨特征位置，根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3362-2018)第4.3.4條，得到箱梁截面上、下緣有效寬度數(shù)值，見表1。

表1 有效寬度計(jì)算結(jié)果表

根據(jù)表1計(jì)算結(jié)果，原截面頂寬8.0 m，底寬5.0 m，邊支點(diǎn)位置截面有效寬度比原截面寬度折減了約15%，中支點(diǎn)位置截面有效寬度比原截面寬度折減了約30%，將折減后箱梁截面有效寬度值輸入橋梁博士軟件中進(jìn)行計(jì)算。

4.2 持久狀況承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算

根據(jù)表2計(jì)算結(jié)果，基本組合下，考慮和未考慮截面有效寬度計(jì)算的兩種抗彎極限承載力，抗力值最大相差約5%。

表2 基本組合下主梁抗彎承載力

4.3 持久狀況正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算

根據(jù)表3計(jì)算結(jié)果，頻遇組合下，考慮和未考慮截面有效寬度計(jì)算截面上、下緣最小正應(yīng)力，中支點(diǎn)處最小正應(yīng)力差值最大為1.23 MPa，端支點(diǎn)處最小正應(yīng)力差值最大為0.19 MPa，跨中處最小正應(yīng)力差值最大為0.21 MPa。

表3 頻遇組合下主梁上、下緣最小正應(yīng)力

根據(jù)表4計(jì)算結(jié)果，準(zhǔn)永久組合下，考慮和未考慮截面有效寬度計(jì)算截面上、下緣最小正應(yīng)力，中支點(diǎn)處最小正應(yīng)力差值最大為0.65 MPa，端支點(diǎn)處最小正應(yīng)力差值最大為0.19 MPa，跨中處最小正應(yīng)力差值最大為0.11 MPa。

表4 準(zhǔn)永久組合下主梁上、下緣最小正應(yīng)力

根據(jù)表5計(jì)算結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)組合下，考慮和未考慮截面有效寬度計(jì)算截面上、下緣最大正應(yīng)力，中支點(diǎn)處最大正應(yīng)力差值最大為1.99 MPa，端支點(diǎn)處最大正應(yīng)力差值最大為0.22 MPa，跨中處最大正應(yīng)力差值最大為0.37 MPa。

表5 標(biāo)準(zhǔn)組合下主梁上、下緣最大正應(yīng)力

5 結(jié) 論

通過以上計(jì)算結(jié)果對比分析，截面有效寬度對主梁極限承載能力影響很小，但對應(yīng)力的影響，特別是標(biāo)準(zhǔn)組合和頻遇組合下主梁的最大、最小正應(yīng)力計(jì)算結(jié)果影響較大，因此在預(yù)應(yīng)力混凝土等截面連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)中必須考慮截面有效寬度對結(jié)構(gòu)受力分析的影響。