單箱雙室預應力混凝土梁橋橫梁計算方法探討

楊秀珍 王勇

摘 要:本文以一座三跨(50+80+50)m預應力混凝土連續箱梁橋為工程背景,采用空間有限元進行建模分析,得到單箱雙室連續箱梁的橫梁受力特點,并采用工程中常用的三種簡化計算方法進行比較,得到比較合理的簡化計算方法。

關鍵詞:單箱雙室箱形梁橋橫梁簡化方法

中圖分類號:TU528 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(c)-0087-02

1 前言

預應力混凝土連續箱梁在實際工程中應用廣泛,但由于連續箱梁的橫梁受力情況比較復雜,空間作用效應明顯,要想精確計算橫梁的內力必須采用空間受力分析。在實際工程項目中,采用空間分析建模復雜,不便于修改,不方便設計人員采用,所以如何采用簡化方法進行計算非常必要。

箱形梁橋的截面形式有單箱單室、單箱多室、斜腹板等,要找到一種統一的簡化方法非重困難,而且需以大量的計算分析為基礎。本文根據實際工程項目,對直腹板單箱雙室連續梁橋的橫梁內力做了計算分析,用三種平面簡化分析方法的結果與空間有限元分析的結果進行了比較,同時考慮了曲線橋和直線橋的不同受力特點,并對三種簡化方法作了分析總結,對于同類工程的計算有重要的實用價值。

2 工程實例

本文以一座三跨預應力砼連續箱梁橋為例,跨徑布置為(50+80+50)m,該橋平面上位于半徑R＝400m的圓曲線上,支點梁高4.5m,跨中及端支點梁高2.5m,梁高變化曲線為1.8次拋物線。箱梁截面采用單箱雙室,箱梁頂寬18.5m,底寬12.5m,懸臂板長3.0m。主梁頂板厚度為25cm,腹板厚度為50cm～70cm,底板厚度為30cm～60cm,端橫梁寬1.5m,中橫梁寬3.0m。主墩采用雙圓形柱式墩,主墩柱徑2.2m,樁徑2.5m;邊墩蓋梁式柱式墩,柱徑1.8m,樁徑2.0m。箱梁一般構造圖如下所示:（如圖1)

3 計算方法分析

箱梁采用C50混凝土,橋面鋪裝為10cm瀝青混凝土。本文橫梁內力計算時分別考慮直線橋和曲線橋(曲線半徑R=400m)兩種情況,僅考慮主要荷載效應,恒載考慮箱梁自重及橋面鋪裝,活載采用城－A級荷載,同時考慮對稱布載、外側偏載、內側偏載三種情況。

3.1 采用空間有限元方法進行橫梁內力計算

使用橋梁結構有限元程序《midas civil》建立箱梁梁格計算模型,得到橫梁支座反力及橫梁內力,表中支座反力不計橫梁自重。(如表1)

由表1可以看出,曲線梁橋內外側支反力相差較大,外側支反力較大,曲線橋橫梁內力比直線橋橫梁內力大。由于該曲線橋曲線半徑較大,直線橋和曲線橋的支反力合力幾乎相等,故以下分析僅以曲線橋來考慮。

3.2 采用三種簡化計算方法進行橫梁內力計算

通過翻閱大量資料,橋梁工程師常用的簡化計算方法有三種:

方法一:認為全部恒載和活載通過箱梁腹板以豎向集中力的形式傳遞給橫梁,首先計算出支座反力,然后均分到每條腹板,把橫梁當作簡支梁或者連續梁進行計算。

方法二:認為全部恒載和活載以均布荷載的形式傳遞給橫梁,首先計算出支座反力,然后將均布荷載加載到橫梁上,把橫梁當作簡支梁或者連續梁進行計算。均布荷載的計算采用箱室部分長度做為換算長度。

方法三:應該是以上兩種方法的綜合,以支座反力的70％換算為腹板集中力,支座反力的30％換算為均布荷載。

采用橋梁博士3.0計算軟件,建立平面梁單元,取箱室部分長度的橫梁進行計算,橫梁的計算截面考慮橫梁兩側翼板參與受力(翼板的計算長度取6倍的頂板厚度),分別采用以上三種方法計算出橫梁的內力。(如表2)

由表1及表2對比可以看出,對于單箱雙室箱梁截面,方法一計算的橫梁內力跨中較小,支承處較大;方法二計算的橫梁內力跨中較大,支承處較小;方法三計算的橫梁內力與梁格法的計算結果較接近。

對于中橫梁,

跨中:M3/Mlg=23271/23907.8＝0.973

支承處:M3/Mlg外側=-30415/-26856.4＝1.133

對于端橫梁,

跨中:M3/Mlg=5819/7907.6＝0.736

支承處:M3/Mlg外側=-7414/-7354.3＝1.008

根據以上三種簡化計算方法及梁格法的計算結果對比可知,梁格法采用縱梁及橫梁有效地考慮了橫梁的空間作用效應,簡化方法三采用集中力及均布荷載的簡化計算模式是比較合理的。

4 結語

本文僅針對此算例的分析得出結論,對于直線橋及大曲線半徑的單箱雙室箱梁橋,采用集中力及均布荷載的加載方式進行橫梁內力計算是可行的。對于小曲線半徑的單箱單室連續梁橋及斜交連續梁橋的橫梁,由于內外兩側腹板的內力相差較大,對橫梁的內力影響較大,計算時應給予充分考慮;對于單箱多室連續梁橋的橫梁,由于橫梁較長,橫梁對腹板的彈性支撐作用明顯,橫梁內力受到橫梁剛度及支座布置的影響較大,以致各腹板所分配的荷載相差較大,建議在擬定橫梁寬度時除滿足橫梁的受力要求外,應適當增加橫梁的寬度以增大其剛度,使各腹板受力更加均勻,因為工程設計中對于同一個截面各腹板的配筋形式一般相同。

參考文獻

[1] 范立礎.橋梁工程(第二版).人民交通出版社,1996.

[2] 戴公連,李德建.橋梁結構空間設計方法與應用.人民交通出版社,2001.