大寬跨比大斜交角空心板橋受力分析

王曉平，梁 晨

（1.山東交通職業學院,山東 濰坊；2.山東恒建工程檢測有限公司,山東 濰坊）

引言

隨著我國國民經濟持續穩定的增長和綜合國力的增強，帶動了高等級公路及城市立體交通的全面發展，公路城市建設部門一改過去路線走向服從橋梁的思維模式，使得斜彎結構的橋梁在構造物中的比重越來越大。目前，斜交橋在高等級公路中所占比例已達到40%～50%，成為很重要的一種橋型。然而，目前交通部和部分省院頒布的空心板和裝配式預制小箱通用圖的斜交角度大部分在40°以下，對40°以上大斜交角的橋梁設計資料較少，特別是大寬跨比的空心板斜橋，幾乎沒有可供參考的資料。余錢華等[1]研究了小寬跨比小斜交角的空心板的跨中橫向分布系數的計算方法，王榮霞等[2]對大寬跨比大斜交角的簡支斜交T 梁橋跨中橫向分布系數進行了研究，毛洪濤等[3]對大斜交角小箱梁的受力性能進行了研究分析，但這些結論是否適用于大寬跨比大斜交角的空心板橋上需要進一步驗證。

1 工程實例簡介

本文以濰坊某在役橋梁為基本算例，該橋跨徑組合為6×13 m 普通鋼筋混凝土簡支空心板，斜交角為50°，用C40 混凝土，受力主筋為直徑22 mm 的Ⅱ級鋼筋（中板主筋17 根，邊板主筋18 根）；箍筋為直徑8 mm 的Ⅰ級鋼筋；橋面全寬25.5 m。中板及邊板斷面尺寸如圖1 所示。

圖1 中板及邊板斷面示意（單位：cm）

2 受力計算分析

對工程案例進行有限元模擬計算，并與荷載試驗結果進行比較，以保證計算模型的準確性。以此為基礎，對橋梁斜交角進行變參分析，討論斜交角的變化對橋梁橫向分布系數及內力的影響。荷載試驗測點布置及有限元模型分別如圖2 和圖3 所示。

圖3 工程實例模型

2.1 實橋驗證

對工程實例橋梁進行荷載試驗，加載工況如圖2所示，將得到的位移數據與理論計算的位移數據進行比較，見表1，發現二者的變化規律大致相同，平均效驗系數滿足要求[4]。說明理論模型建立正確，可以以此為基礎斜交橋的受力情況。

表1 試驗位移與理論位移比較

2.2 橫向分布系數分析

分別建立斜交角為0°到50°（間隔10°）的6 個寬橋模型，將各片梁的跨中撓度值代入公式（1），計算出各梁跨中橫向分布系數[5]，見表2。

表2 不同斜度橋梁各主梁位移及橫行分布系數

從表2 可以看出，隨著斜交角的增大，各片主梁的豎向位移逐漸減小，說明斜交橋的剛度較正交橋更大，且從圖4 可知，位移減小量隨斜交角的增大而逐漸增大，當斜交角從40°到50°時，位移出現陡降段，說明當空心板斜交橋斜交角大于40°后，受力較正交橋變化很大。但是，隨著斜交角的增大，主梁所受最大橫向分布系數增加，最小橫向分布系數減小，即各主梁的橫向分布系數差值增大，說明同條件的斜交橋的橫向連接性能比正交橋要弱，在橋梁養護過程中要更加留意鉸縫等橫向連接構件的質量。

圖4 最大位移隨斜交角變化

2.3 主梁內力分析

從表3 可以看出，隨著斜交角度增大主梁受到的彎矩逐漸減小，這也是前文中主梁撓度隨斜交角增大而下降的主要原因。但是，隨著斜交角的增大，主梁扭矩卻在逐漸增加，說明斜交橋主梁之間扭矩的傳遞較正交橋不太順暢，也進一步證明了斜交橋的橫梁連接剛度較正交橋要弱。同時，也說明斜交橋的對抗彎鋼筋的需求量下降，但對抗扭鋼筋的需求量上升。

表3 不同斜交角下空心板梁的內力

對任何斜交角度的空心板橋，其中梁受彎矩均較邊梁要小，但正交橋兩者差值較小，隨著斜交角增大，兩者差值逐漸增大，說明斜交橋各主梁彎矩較正交橋分布更不均勻。但對某一固定斜交角的空心板梁，其外邊梁和內邊梁所受彎矩大致相等，說明空心板橋受力的對稱性基本不受斜交角度改變的影響。然而，對固定斜交角度的空心板橋，其扭矩分布則為中梁大，邊梁小，且隨著斜交角度的增大，這個差值也逐漸增大。值得注意的是，各主梁所受彎矩和扭矩之和大致相當。

3 結論

（1） 隨著斜交角增大，主梁最大橫向分布系數增大，最小橫向分布系數減小，隨著斜交角增大，空心板橋的橫向剛度下降，需要更加注意橫向梁結構件的質量；

（2） 隨著斜交角增大，主梁受到的彎矩減小，扭矩增大，撓度下降，說明斜交橋較正交橋可適當減少抗彎鋼筋，但對抗扭鋼筋的要求更高；

（3） 斜交角度越大，主梁彎矩減少越多，扭矩增大越多，撓度下降也越多，當斜交角大于40°后，各方面的受力性能較正交橋變化很大，需要重新設計截面配筋，以適應全新的受力狀態。