預(yù)制小箱梁橫向連接優(yōu)化

肖海波，史賢豪

（寧波市城建設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 寧波 315000）

預(yù)制小箱梁橫向連接優(yōu)化

肖海波，史賢豪

（寧波市城建設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 寧波 315000）

通過(guò)Midas計(jì)算軟件建立空間板單元模型，來(lái)分析小箱梁多種橫向連接的受力特性，可為今后的同類型橋梁設(shè)計(jì)提供參考。

空間板單元；小箱梁；橫向連接

0　引　言

預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)成熟，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較低，結(jié)構(gòu)剛度較大，抗扭性能較好，梁高適中，適應(yīng)跨徑較大，可采用工廠化預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)吊裝的施工方式，最后通過(guò)現(xiàn)澆形成整體橋面，對(duì)變寬段橋面適應(yīng)性較強(qiáng)。由于能做到上下部結(jié)構(gòu)同步施工，所以能在保證橋梁施工質(zhì)量的前提下，最大限度地縮短現(xiàn)場(chǎng)占用周期。施工方式比較環(huán)保，工廠化預(yù)制的小箱梁質(zhì)量可控，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)交通的不利影響較小，是最經(jīng)濟(jì)、施工速度最快的橋型之一。

當(dāng)前小箱梁的設(shè)計(jì)主要依據(jù)交通部2007年12月出版的《裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土箱形連續(xù)梁橋上部構(gòu)造》為基礎(chǔ)，頂部厚18cm，僅支點(diǎn)及跨中設(shè)置橫隔板，中橫隔板厚20cm。其設(shè)計(jì)理念是盡可能采用薄壁結(jié)構(gòu)，減輕結(jié)構(gòu)自重，便于運(yùn)輸與吊裝；中隔板的數(shù)量少，便于外模的整體拆卸。

然而對(duì)于重載交通，往往小箱梁在中橫隔板處出現(xiàn)豎向、頂板后澆帶處出現(xiàn)縱向裂縫，結(jié)構(gòu)的橫向連接急劇削弱，單片小箱梁的荷載增加，繼而引起小箱梁的跨中底板橫向裂縫和近支點(diǎn)處腹板斜向裂縫等結(jié)構(gòu)性裂縫。因此提高小箱梁的橫向連接性能對(duì)于該類型橋梁至關(guān)重要。

1　工程概況

東外環(huán)高架是寧波市新建的城市快速路，設(shè)計(jì)荷載城-A級(jí)，主線及匝道標(biāo)準(zhǔn)段采用預(yù)制小箱梁，標(biāo)準(zhǔn)跨徑為30～35m，30m小箱梁梁高1.6m，30＜L≤35m小箱梁梁高1.8m，見圖1。

圖1　預(yù)制小箱梁斷面（單位：cm）

考慮到東外環(huán)主線高架通行重車且超載現(xiàn)象嚴(yán)重，為了加強(qiáng)小箱梁的橫向整體性，提高結(jié)構(gòu)的安全性能，預(yù)制小箱梁設(shè)計(jì)時(shí)考慮了多種加強(qiáng)橫向聯(lián)系的措施。并對(duì)多種橫向聯(lián)系進(jìn)行了力學(xué)分析，匯總見表1。

表1　小箱梁橫向聯(lián)系比較

預(yù)制小箱梁為薄壁構(gòu)件，基于Midas計(jì)算軟件，采用空間板單元能有效的模擬小箱梁結(jié)構(gòu)。常規(guī)設(shè)計(jì)為3跨或4跨一聯(lián)布置，為了凸顯橫向聯(lián)系的差異，選用簡(jiǎn)支35m小箱梁進(jìn)行建模分析，交通部通用圖集中僅在跨中設(shè)置一道橫隔板，其Midas計(jì)算模型見圖2。在該模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整頂板厚度、橫隔板厚度、1/4L處增減橫隔板就可方便的模擬不同的橫向連接。

圖2　Midas空間計(jì)算模型

3　分析結(jié)果[1-4]

將單位集中荷載P加載于跨中某小箱梁處，可得到相應(yīng)的一組位移值η1～η8。因各片梁的剛度一致，各片梁所分擔(dān)的荷載與跨中位移是線性相關(guān)的。因此，可按式（1）計(jì)算各片梁的荷載橫向分布系數(shù)。

式中：η1為i號(hào)梁的荷載橫向分配系數(shù)；fi為單位荷載作用于跨中橫向特定位置時(shí)i號(hào)梁跨中截面位移。

將單位集中荷載P逐個(gè)施加在1#～8#小箱梁處，則可得到荷載P在橋梁橫向不同位置時(shí)各片梁的橫向分配系數(shù)，再將各片梁的橫向分配系數(shù)連起來(lái)就得到了不同梁的橫向分配系數(shù)影響線見圖3。

圖3　小箱梁橫向分布系數(shù)影響線

由圖3可得，在相同荷載作用下，邊梁的橫向分布系數(shù)最大，結(jié)構(gòu)受力最不利。靠近結(jié)構(gòu)中心線處，橫向分配系數(shù)較為均勻，結(jié)構(gòu)受力較好。

一般情況下，邊梁（1#和8#）和次邊梁（2#和7#）受力最不利，控制上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

不同的橫向聯(lián)系下單位荷載P作用在1#～2# （7#～8#）梁處該梁的豎向位移及橫向分布系數(shù)比較見表2、表3。

表2　1#（8#）梁豎向位移及橫向分布系數(shù)

表3　2#（7#）梁豎向位移及橫向分布系數(shù)

邊梁（1#和8#）和次邊梁（2#和7#）在不同橫向連接下的橫向分配系數(shù)變化見圖4。

頂板厚度增加、橫隔板增厚和橫隔板數(shù)量增加均能減少小箱梁豎向位移，提高小箱梁的橫向剛度。其中頂板厚度增加和橫隔板數(shù)量增加對(duì)小箱梁豎向位移的減少效率較高，橫向剛度貢獻(xiàn)較為明顯，而橫隔板加厚對(duì)小箱梁橫向剛度的貢獻(xiàn)最小。

當(dāng)小箱梁無(wú)橫隔板時(shí)，橋梁整體性最差，邊梁的橫向分布系數(shù)最大，受力不合理。當(dāng)設(shè)置1道橫隔板時(shí)，橫向分布系數(shù)迅速下降，而繼續(xù)增加橫隔板數(shù)量對(duì)橫向分布系數(shù)影響不大。

圖4　小箱梁橫向分布系數(shù)變化圖

因此，為了提高預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)的橫向整體性，可以選用增大頂板厚度或增加橫隔板的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于重載交通，由于局部荷載大，加大頂板厚度對(duì)結(jié)構(gòu)的局部受力有利；而且增加橫隔板數(shù)量導(dǎo)致小箱梁外模分塊，脫模難度加大，且影響橫隔板處混凝土的密實(shí)度及整體外觀質(zhì)量。

4　結(jié)　論

（1）頂板加厚、橫隔板加厚和增加橫隔板數(shù)量增加均能增加小箱梁橫向剛度，其中頂板加厚及增加橫隔板的數(shù)量對(duì)于橋梁橫向剛度提高最為有效。

（2）增加橫隔板數(shù)量加大了外模的施工難度，且影響橋梁外觀質(zhì)量，在設(shè)計(jì)中不予以推薦。

（3）建議通過(guò)增加頂板厚度的方式來(lái)提高小箱梁結(jié)構(gòu)的橫向剛度，同時(shí)增大了結(jié)構(gòu)的局部承載能力，對(duì)于重載交通下該類型結(jié)構(gòu)有利。

[1]顧民杰,陸光閭.上海市中環(huán)線預(yù)制小箱梁設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[J].中國(guó)市政工程,2006(4):23-25.

[2]鄒偉浩.裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橫隔板設(shè)置[J].廣東公路交通,2013(4):51-53.

[3]鐘小軍.裝配式小箱梁橋荷載橫向分布系數(shù)探究[J].中國(guó)市政工程,2013(2):17-19.

[4]于金琪.橫隔板設(shè)置對(duì)小箱梁的作用.工程結(jié)構(gòu),2009,29(1): 135-136,138.

U443.32

B

1009-7716（2016）11-0049-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.11.013

2016-07-16

肖海波（1978-），男，湖南常德人，高級(jí)工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。