雙箱單室箱梁頂板受力分析

王景山

中鐵工程設計咨詢集團有限公司鄭州設計院，河南鄭州 450001

雙箱單室箱梁頂板受力分析

王景山

中鐵工程設計咨詢集團有限公司鄭州設計院，河南鄭州 450001

隨著我國高速公路的建設，雙箱單室現澆箱梁因其箱璧薄、腹板間距大、橫向挑臂大，外形美觀、經濟性相對較好，常常作為跨線橋被采用。本文結合某互通式立交雙向兩車道匝道橋3x20m跨徑雙箱單室現澆混凝土箱梁橋設計，對箱梁間頂板的受力狀態采用空間有限元進行分析計算，并與規范按有效工作寬度的方法進行計算對比，驗證規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,預應力報凝土及鋼筋混凝土薄壁箱型梁的應用日益廣泛,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，雙箱單室現澆箱梁因其箱璧薄、腹板間距大、橫向挑臂大，外形美觀、經濟性相對較好，常常作為跨線橋被采用，而對于雙箱單室結構的箱間頂板的受力情況往往參照規范按有效工作寬度的簡化方法進行計算。某高速公路某互通式立交匝道橋采用整體現澆鋼筋混凝土和預應力混凝土連續箱梁，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）和規范按橋面板有效分布寬度兩種方法對箱梁間的橋面板進行受力計算和配筋計算，并把兩種計算結果進行比較，驗證規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

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

計算模型見圖2：

圖2 有限元計算模型

計算參數如下：

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

中分帶護欄按均布荷載施加，荷載集度

q護欄 = 8.5/0.66 = 12.88 kN/m2

汽車荷載按規范公路I級荷載中車輛荷載數值和間距作為集中力作用在頂板上，

汽車按一輛重車計，橫向車輪距護欄50cm，兩車輪間距1.8m，護欄兩側各布置一輛車；縱向車輪間距1.4m。

1.2 計算結果

1.2.1 恒載橫向應力

根據計算，恒載作用下箱梁頂板橫向正應力云圖如圖3：

圖3 恒載頂板底面應力圖

1.2.2 汽車荷載橫向應力

根據計算，汽車荷載作用下箱梁頂板橫向正應力云圖，圖4 ：

圖4 汽車荷載頂板頂面橫向應力

圖5 汽車荷載頂板底面橫向應力

根據箱梁之間頂板橫向正應力數值推算單位板寬內力，并進行配筋計算。計算結果如表1。

表1 有限元法頂板配筋計算表

根據上述計算結果，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 按規范方法

按造《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》[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。

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

按強度需配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 結論

通過對以上兩種計算方法的結果比較，按規范中箱梁頂板有效寬度方法計算箱梁頂板受力計算結果比按有限元法計算偏于保守。因此，實際設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應力混凝土橋涵設計規范.JTG D62-2004.

[2]曾攀.有限元分析基礎教程.

U445

A

1674-6708（2011）34-0107-02

王景山，高級工程師，畢業院校：上海鐵道學院