關(guān)于連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

劉一平

關(guān)鍵詞：橋梁;連續(xù)鋼箱梁;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);受力分析

1 項(xiàng)目例子

本文以某個(gè)鋼結(jié)構(gòu)人行天橋?yàn)槔?，該天橋位于中心城區(qū)，建造于某一十字路口之上，橋下道路是城區(qū)的一級(jí)主干道，這就要求該天橋在建造施工過(guò)程中不能阻斷交通。因此，工程選用連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)，在工廠內(nèi)提前預(yù)制好，再運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整體焊接工作。鋼箱梁的跨橋布置數(shù)據(jù)為（ 28.5 + 41 + 24.25 +24.25）。截面為單箱多室截面，梁高1800 mm，箱梁頂板厚度為16mm，底板及腹板厚度為14mm，橫隔板的縱向布置間距為2 m。頂板縱肋采用U肋、I肋及板肋，U肋間距600mm，I肋間距不超過(guò)300 mm，板肋僅用于翼緣板外邊緣，鋼材材質(zhì)為Q345qC。標(biāo)準(zhǔn)截面處箱梁橫向設(shè)雙支座，支座中心距 10.5 m。

橋面鋪裝層采用8cm的C50鋼纖維混凝土，5cm的SBS改性瀝青混凝土AC-16C及4cm SBS改性瀝青馬蹄脂碎石混合料SMA-13（ 摻0.25%聚酯纖維），橋面鋪裝層總厚度為 17 cm，采用鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄。

2 計(jì)算內(nèi)容

2.1 縱向計(jì)算

（1）第一體系應(yīng)力（主梁體系）

鋼箱梁是從縱方向來(lái)整體受力的，其性質(zhì)為連續(xù)梁特性受力，因此在跨中正彎矩是最大的，在支座負(fù)彎矩是最大的。要想利用橋梁建立縱向單梁模型，就必須要計(jì)算箱梁上下緣的最大拉應(yīng)力及最大壓應(yīng)力。

（2）第二體系應(yīng)力（橋面體系）

鋼橋面板是由縱肋和頂板所組成的結(jié)構(gòu)系，它是直接承受日常運(yùn)行時(shí)候荷載壓力的，橋面上的載重將通過(guò)鋼橋面板傳遞到橫隔板上。因此，在這一體系中，可以把橫隔板間的單根縱肋及一定寬度的橋面板作為整體（工字型截面），把橫隔板作為支撐，從而計(jì)算出其在外荷載作用下的應(yīng)力，最后再根據(jù)《道橋示方書(shū)》來(lái)設(shè)定橋面板的寬度。此外，縱肋是通過(guò)穿越橫隔板來(lái)保證其連續(xù)性的，因此連續(xù)梁特性也是其特點(diǎn)之一。在本文的橋梁設(shè)計(jì)中，橫隔板間距設(shè)定為2 m，如果將縱肋和橋面簡(jiǎn)單當(dāng)做跨度為2m的簡(jiǎn)支梁計(jì)算，能夠計(jì)算出橋面的最大壓應(yīng)力;如果將其當(dāng)做連續(xù)梁的話，即可以得出橋面的最大拉應(yīng)力。

在本文涉及的天橋中，承擔(dān)荷載的縱肋既有U肋，又有I肋，就可以將其分開(kāi)進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算，得出其中應(yīng)力的最大值。U肋可以將兩腹板合在一起，也簡(jiǎn)化為工字型截面。頂板同時(shí)承擔(dān)第一體系應(yīng)力和第二體系應(yīng)力，所以在計(jì)算頂面總應(yīng)力的時(shí)候就應(yīng)該把第一體系應(yīng)力和第二體系應(yīng)力疊加起來(lái)，即（拉 + 拉，壓 + 壓）;而底板只受到第一體系應(yīng)力，所以在計(jì)算底板的實(shí)際應(yīng)力時(shí)只需要知道縱向縱向單梁模型中的應(yīng)力就可以了。根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果，就可以作為一個(gè)重要的判斷依據(jù)，來(lái)確定梁高、頂?shù)装搴穸仁欠窈线m，并判斷腹板厚度及腹板個(gè)數(shù)是否合適。

2.2 橫向計(jì)算

（1）普通橫隔板計(jì)算

縱肋分流出來(lái)的力首先會(huì)傳遞到普通位置的橫隔板，其次再由普通位置橫隔板傳遞到兩側(cè)腹板上，橫隔板橫向受力， ? ? ?可以將其簡(jiǎn)化為兩端簡(jiǎn)支于腹板的簡(jiǎn)支梁計(jì)算，由其來(lái)承受上部荷載。這一截面為工字型截面，根據(jù)《道橋示方書(shū)》來(lái)確定頂?shù)装鍖挾?，其中荷載應(yīng)當(dāng)按照最不利位置加載。正應(yīng)力可以作為判斷橫隔板間距是否合適的主要因素（橫隔板間距影響頂?shù)装逵行挾龋?也可以根據(jù)剪應(yīng)力來(lái)判斷橫隔板厚度是否合適。

（2）支點(diǎn)橫梁計(jì)算

支點(diǎn)橫梁承受腹板傳遞的力，再傳遞給支座，支點(diǎn)橫梁橫向受彎，可簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支于支座上的簡(jiǎn)支梁或者連續(xù)梁，承受腹板的豎向力。支點(diǎn)橫梁為兩塊橫隔板或三塊橫隔板組成，截面為箱型截面，頂?shù)装鍖挾劝础兜罉蚴痉綍?shū)》計(jì)算。腹板的豎向力大小按該支座處的總支反力平分（ 乘以一定的偏載系數(shù)） 。

根據(jù)支點(diǎn)橫梁正應(yīng)力大小可判斷橫梁腹板（ 即橫隔板） 間距、頂?shù)装搴穸仁欠窈线m（ 在支點(diǎn)處頂?shù)装鍟?huì)加厚） ，根據(jù)支點(diǎn)橫梁剪應(yīng)力可判斷橫梁腹板厚度及橫梁腹板個(gè)數(shù)是否合適。

（3）懸臂翼緣計(jì)算

懸臂橫隔板橫向受彎，簡(jiǎn)化為一端固結(jié)于主梁腹板的懸臂梁計(jì)算其彎曲應(yīng)力，計(jì)算截面取一工字型截面，頂板按《道橋示方書(shū)》計(jì)算其有效寬度。根據(jù)正應(yīng)力可判斷底板寬度及厚度是否合適，根據(jù)剪應(yīng)力判斷橫隔板厚度是否合適。注意翼緣橫隔板被縱肋削弱的部分很大，剪應(yīng)力不應(yīng)過(guò)高。

2.3 支承加勁肋計(jì)算

鋼箱梁在支承處應(yīng)設(shè)置成對(duì)的豎向加勁肋。支承加勁肋直接承受支座反力的作用，不僅需要驗(yàn)算支承墊板處腹板和加勁肋的直接承壓應(yīng)力，而且必須計(jì)算腹板和加勁肋中的豎向應(yīng)力。

（1）支點(diǎn)處承壓應(yīng)力計(jì)算

式中： [σb]為局部承壓容許應(yīng)力;Rv為支座反力; n為單個(gè)支座豎向加勁肋個(gè)數(shù); t1為豎向加勁肋厚度;d為豎向加勁肋寬度; B為支座墊板橫向?qū)挾?t為下翼板厚度; td 為橫隔板厚度。

（2）豎直方向應(yīng)力計(jì)算

式中： [σc]為軸心受壓容許應(yīng)力; Bev為腹板豎直方向應(yīng)力有效計(jì)算寬度，按下式計(jì)算：

式中： Bs 為豎向加勁肋橫向間距。

3 結(jié)語(yǔ)

在目前的橋梁設(shè)計(jì)中，主要采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)作為主要方案，這種模式被廣泛應(yīng)用于城市建設(shè)中，即可以利用全新的方式為交通規(guī)劃和改造提供新的方案，又可以讓橋梁能夠在后期進(jìn)行結(jié)構(gòu)改良，降低了后期的整改費(fèi)用。

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