談鋼筋混凝土箱梁頂板橫向受力有效分布寬度的塑性

薛 華

(山西省聞喜公路管理段，山西 聞喜 043100)

在此次研究中筆者使用極限平衡法對鋼筋混凝土箱梁頂板塑性橫向受力有效分布寬度和極限承載力進行分析，使用簡化破壞模式刻畫鋼筋混凝土箱梁頂板在塑性階段的橫向受力特征。實驗證明，混凝土箱梁頂板的橫向受力有效分布寬度大小與彈性階段受到的橫向受力有效分布大小有關，箱梁頂板在局部荷載的作用下會進入塑性階段。

1 鋼筋混凝土箱梁頂板的橫向受力有效分布寬度

有關鋼筋混凝土的箱梁頂板橫向受力有效分析寬度的研究有很長的歷史，在研究過程中生成了很多簡化計算方法。在不同規范下鋼筋混凝土箱梁頂板的橫向受力有效分布寬度不同(見表1)，箱梁頂板在荷載作用下達到承載力極限狀況時，混凝土箱梁板面的上下部會出現多條裂縫線，頂板會被分割成許多塊，裂縫處會達到屈服強度，截面承受彎矩發生轉動。箱梁頂板受到荷載作用出現的裂縫就是塑性絞線，當箱梁頂板上的塑性絞線越來越多時，會將鋼筋混凝土箱梁頂板變成幾何可變體系。鋼筋混凝土箱梁頂板所達到的承載力極限狀態是箱梁頂板所能承受的極限荷載。

表1 不同規范下的橫向受力有效分布寬度 m

2 鋼筋混凝土箱梁頂板橫向受力有效分布寬度的塑性分析

2.1 箱梁頂板的破壞模式

假設箱梁頂板受到局部荷載作用，以荷載作用為中心的圓弧上會存在負絞線。負絞線所在的圓弧半徑上等間距分布著正絞線，這種破壞模式呈“扇形”分布，能夠很好模擬出鋼筋混凝土箱梁頂板的破壞形態。扇狀破壞模式的計算方法復雜，在實際應用中大多使用簡化后的三折線破壞形式分析箱梁頂板的極限狀態。

2.2 箱梁頂板的極限平衡法分析

當局部分布荷載作用在鋼筋混凝土箱梁的頂板上時，可以將破壞形式假定為簡化的三折線破壞形式。箱梁頂板的長度為H，荷載作用面積a×b，荷載作用點距箱梁頂板邊緣的距離為t。負絞線在頂板邊緣根部沿線上的投影長度是頂板在局部荷載作用下產生的塑性橫向受力有效分布寬度。當箱梁頂板內的配筋沿x,y兩個方向上為等間距布置時，正塑性絞線在x,y方向內的極限彎矩mx,my分別為：

mx=Amxfyrβhαx。

my=Amyfyrβhαy。

表2 各種配筋情況下塑性有效分布寬度值

3 塑性有效分布寬度的確定

根據以上分析，使用三折線破壞模式計算箱梁頂板的極限狀態，得出結果為：正絞線擴散角α為45°，符合試驗結果；負絞線的擴散角β為30°，平均誤差為2.24%，最大誤差為4.15%。正、負絞線沿著y軸投影長度的計算值與實驗值相吻合，平均誤差1.21%,5.77%，最大誤差1.93%,6.78%，所以使用極限平衡法分析鋼筋混凝土箱梁頂板橫向受力有效分布寬度的塑性是可行的。箱梁頂板的塑性有效分布寬度與配置情況和荷載作用位置相關，可以使用簡化的三折線破壞模型對塑性橫向受力的有效分布寬度進行計算，得到正絞線擴散角45°、負絞線擴散角60°。

4 結語

在實際運用中人們常常忽略了橋規對箱梁頂板的橫向受力有效分布的塑性分析，通常只考慮箱梁頂板位于彈性階段的情況，沒有重視非線性因素對箱梁頂板的橫向受力有效分布寬度的變化發展。箱梁行車道板的橫向受力分析和非線性階段下的塑性絞線發展與一般的雙向或單向板不同，傳統意義上的雙向或單向板的受力特征不同詳細描述出箱梁行車道板的受力性能。采用三折線破壞模型計算箱梁頂板的極限承載力與塑性橫向有效分布寬度，計算結果與試驗結果吻合。箱梁頂板的塑性橫向有效分布寬度是彈性分析的1倍～4倍，確定鋼筋混凝土箱梁頂板橫向受力有效分布寬度的塑性能夠有效預防頂板的縱向裂縫，規范混凝土橋梁的疲勞設計，提高道路橋梁工程的使用壽命。

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