裝配式組合連續(xù)橋梁的鋼箱梁設(shè)計原理研究

文琰，趙強

（九江市規(guī)劃設(shè)計集團有限公司，江西九江 332000）

1 引言

近年來，我國橋梁事業(yè)飛速發(fā)展，預(yù)應(yīng)力橋梁在技術(shù)革新、材料研究、橋型選擇以及抗震性能等方面取得了巨大的進步。橋梁的箱形截面的優(yōu)點較多，如外形美觀、整體性強等。因此，常被應(yīng)用于橋梁的設(shè)計中。張凱、張俊平[1]通過梁格法對連續(xù)箱梁的受力特征進行分析，同時與板殼模型進行了對比分析，得到了梁格法的計算精度。董錦俊[2]通過梁格法對某橋梁進行了有限元模型的建立，對橫梁的計算方法和受力情況進行了分析，表明了荷載對應(yīng)力分布的影響。華波、朱朝陽等[3]通過對某橋梁進行模型建立分析對稱荷載和偏心荷載對腹板應(yīng)力的影響，從而表明箱梁剪力滯效應(yīng)的影響情況。本文在前人的研究基礎(chǔ)上進行了更加深入的分析。

2 總體構(gòu)造

2.1 立面布置

鋼箱梁的布置形式及適用情況如表1 所示。

表1 鋼箱梁布置形式表

2.2 橫斷面布置

2.2.1 鋼板梁

鋼-混凝土組合梁橋，采用工字型截面可降低制作安裝成本。鋼板組合梁主要表現(xiàn)形式為雙主梁、多主梁。雙主梁的適用范圍為鐵路橋梁及橋?qū)捿^小的情況?？v梁的連接方式為橫梁。該連接方式的優(yōu)點是提高施工效率、原材料用量較少、構(gòu)造簡單。缺點是冗余度及承載能力較低。多主梁的適用范圍較廣，多用于跨度較大地段[4]。

2.2.2 鋼箱梁

箱形截面穩(wěn)定性、耐久性較高，抗扭剛度大，適用于曲線橋。

2.3 受力特點

正彎矩作用下的鋼箱梁橋，橋道板縱向受壓。受壓翼緣由橋面板和上翼緣組成共同抵抗荷載。負彎矩作用下的橋面板截面拉伸、底鋼板受壓。預(yù)應(yīng)力混凝土橋面板可提高結(jié)構(gòu)的使用性和耐久性，降低橋面板的拉應(yīng)力。

鋼箱梁橋結(jié)構(gòu)體系組成：鋼箱梁、橋道板、橫隔系和加勁肋。各構(gòu)件受力特性如下：

1）橋道板：主要承受豎向車輛荷載。當(dāng)存在偏心力時，可抵抗扭轉(zhuǎn)。

2）剪力鍵：其主要作用為傳遞交界面剪力。

3）鋼箱梁：下翼緣主要作用為抵抗彎矩，上翼緣主要作用為連接橋道板和鋼箱梁。

4）橫隔系：橫隔系主要作用為抵抗扭矩。

保羅與米麗安失敗，是因為他們之間只有精神的交流而沒有肉體的宣泄，而他與克拉拉之間的戀愛無果，恰恰是因為他們之間只有肉體的激情而沒有精神的融合。兩場戀愛的失敗，表明勞倫斯對純粹精神的戀愛和純粹肉體的戀愛都持否定的態(tài)度。在勞倫斯看來，精神與肉體割裂的愛情，違背了人類對精神的追求和對肉欲渴望的自然本性，必然是畸形的，也是易逝的。只有精神之愛與肉體之愛之間的完美結(jié)合，才會有鮮活的、持久的完美愛情。

5）底板混凝土：改善結(jié)構(gòu)受力性能，提高鋼箱梁穩(wěn)定性[5]。

3 主要構(gòu)造

3.1 截面形式

組合鋼箱梁截面形式如圖1 所示。

圖1 組合箱梁截面形式

3.2 加勁肋構(gòu)造

加勁肋主要影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，是橋梁設(shè)計的重點，且施工方法存在多樣性，因此應(yīng)通過有限元模型對其進行分析，對結(jié)構(gòu)的加勁進行確定。加勁肋應(yīng)設(shè)置腹板加勁肋和底板加勁肋。

3.3 橫向聯(lián)結(jié)系

偏心作用下的箱形梁橋會產(chǎn)生橫向撓曲變形。為保證該結(jié)構(gòu)的整體剛度，應(yīng)設(shè)置橫隔板，橫隔板設(shè)置位置為箱梁的支點和跨中[6]。

4 案例分析

本文依托工程為某裝配式箱梁橋，橋梁構(gòu)造為3×45 m+2×45 m。橋梁分左右兩幅，寬度為27 m。上部結(jié)構(gòu)的上翼緣板與橋道板采用新型PCSC 剪力鍵聯(lián)結(jié)，鋼箱梁截面形式為梯形，梁高為1.8 m。具體形式如圖2 所示。

圖2 箱梁斷面圖

4.1 前導(dǎo)梁構(gòu)造與主梁連接

頂推施工時的控制因素為主梁前端的支點負彎矩，為減少鋼梁懸臂端撓度，導(dǎo)梁下緣設(shè)置一定的角度。導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示。

圖3 導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)圖

4.2 主梁變形、受力特性

4.2.1 變形特性

頂推施工時，前端豎向位移最大，因此頂推施工時應(yīng)對豎向位移進行控制。撓度隨頂推進度變化情況如下。

4.2.2 受力特點

頂推施工時主梁彎矩表現(xiàn)為正負交替變換，在主梁20 m斷面正彎矩最大，數(shù)值為2 858.7 k N·m。其他斷面彎矩值保持在2 114 kN·m 左右。負彎矩值最大值同樣出現(xiàn)在20 m 斷面，數(shù)值為-6 846.1 kN·m。在主梁20 m 斷面后，各個斷面的負彎矩值出現(xiàn)降低的趨勢。

4.3 不利工況下的應(yīng)力驗算

4.3.1 橋面板應(yīng)力分析

頂推施工時的最大懸臂長度為50 m，通過有限元分析可知，橋面板頂面和底面的等效應(yīng)力最大位置為懸臂尾部。拉應(yīng)力值為12.7 MPa。

4.3.2 鋼箱應(yīng)力分析

當(dāng)橋梁處于最大懸臂狀態(tài)時，主梁前端最大撓度值為-382.5 mm。通過有限元對整體桿系進行分析，確定撓度值為-397 mm。結(jié)構(gòu)出現(xiàn)0.018 mm 的脫空。

最大懸臂階段，底板長度為50～30 m，底板與支墩接觸位置發(fā)生應(yīng)力集中，并產(chǎn)生向上的撓度。等效應(yīng)力最大值為259 MPa，位置為腹板與橫隔板的交界。

通過有限元分析可知，鋼底板與底板加勁肋的應(yīng)力變化均表現(xiàn)為隨支墩距離增大而減小。通過對數(shù)值進行分析可知，加勁肋處于較好的工作狀態(tài)。

通過對最大懸臂階段的腹板進行分析可知：腹板支撐區(qū)域產(chǎn)生1.4 mm 向外的撓度變形，最大應(yīng)力值為266 MPa，位置為與底板相交處。腹板大部分應(yīng)力＜180 MPa，說明結(jié)構(gòu)受力較為安全。

通過對懸臂根部的橫隔板進行分析可知：組成橫隔板的各個構(gòu)件應(yīng)力水平不高，支座處的橫隔板表現(xiàn)為應(yīng)力集中，且最大值為73.6 MPa。

通過對頂板應(yīng)力分析可知：箱梁頂板的整體應(yīng)力35 MPa，與鋼導(dǎo)梁連接位置的變化截面最大應(yīng)力值為76.9 MPa。

為改善橋梁懸臂受力狀態(tài)，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象的發(fā)生，頂推過程中，采用橡膠墊塊與鋼導(dǎo)梁接觸，墊塊長度為1 m，寬度為0.1 m。

5 結(jié)語

本文通過對裝配式鋼箱梁的設(shè)計原理進行分析，得出以下結(jié)論：鋼箱梁布置可分為等梁高布置、變梁高布置和混合梁高布置。

本文通過實際工程對鋼箱梁橋受力進行分析可知，頂推施工時，梁體安全控制以支撐區(qū)的穩(wěn)定性及局部受力為主。為減少應(yīng)力集中現(xiàn)象，在主梁與鋼導(dǎo)梁接觸位置設(shè)置橡膠墊塊。