預應力混凝土箱梁剪力滯效應分析

（重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074）

預應力混凝土箱梁剪力滯效應分析

袁 航

（重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074）

隨著預應力混凝土箱形梁橋向長懸臂板、大肋間距的簡潔型單箱單室截面方向發展，箱梁翼板剪力滯效應將更為嚴重。本文以某座三跨變截面連續寬箱梁橋為工程背景，通過對比Midas Civil和Midas FEA計算結果，分析了箱梁翼板豎向彎曲應力的空間分布特征，發現不同荷載條件下箱梁翼板剪力滯效應不同。

梁橋；預應力混凝土；寬箱梁；剪力滯；翼板有效寬度

1 引言

我國現行橋梁設計規范中尚缺乏關于確定寬箱梁有效分布寬度的合理計算方法，從而在進行橋梁配筋設計時將產生一定誤差并對結構安全不利0~錯誤！未找到引用源。。因此在設計橋梁時如果不考慮剪力滯效應對橋梁整體結構的影響，其結果將會導致橋梁在日常運營當中存在著潛在危險。本文以一座48m+80m+48m預應力混凝土為例，通過建立空間實體模型來研究在多種工況下寬箱梁的剪力滯效應，并分析在初等梁理論基礎下計算寬箱梁的應力的局限性。

2 有限元模型建立

1.1模型驗證

本文采用Midas Civil和Midas FEA有限元分析軟件分別對該橋進行有限元模型模擬并對其進行相應分析，根據該三跨變截面連續箱梁橋設計要求，梁體采用C60混凝土其容重γ=26kN/m，彈性模量E=3.4554e4MPa。預應力鋼束采用strand1860 鋼絞線其容重γ=78.5kN/m，彈性模量E=1.95e5MPa。根據不同軟件特性，采用Midas Civil建立三跨變截面連續箱梁橋的梁單元模型而采用Midas FEA軟件則建立相應的三跨變截面連續箱梁橋實體模型，通過對比兩種模型在相同受力狀態下的計算結果再進行詳細分析，其中模型如下圖所示。

圖1 混凝土梁體單元劃分圖

通過對Midas Civil和Midas FEA各軟件所計算的各控制截面的彎矩、應力進行分析、比較、驗證，發現在不同的荷載工況荷載作用下Midas Civil和Midas FEA計算得到的結構關鍵控制截面的豎向彎矩基本一致，誤差均較小，這一方面證明了Midas FEA模型的正確性和有效性，同時也說明采用梁單元模型可以準確的計算梁體截面內力，同時對下一步本文所分析的預應力寬箱梁剪力滯效應的準確性提供保障。

3 箱梁剪力滯效應分析

3.1應力分布

為評價彎曲正應力沿寬箱梁翼緣的不均勻分布情況，特定義剪力滯系數λ和應力差Δσ有公式（1,2）其中：σ為同一高度處彎曲正應力的平均值；σmax和σmin分別為同一高度處彎曲正應力的最大值和最小值。

寬箱梁在不同的荷載工況下應力分布表現不同，對剪力滯效應的大小影響也有差異。為了有效分析剪力滯效應，本文分別計算分析自重、縱向預應力、二期恒載、汽車荷載、溫度五種荷載效應在控制截面處彎曲正應力的分布規律。表1分別給出了自重荷載、縱向預應力荷載、二期荷載、溫度以及車輛荷載作用下各控制截面上下緣相應剪力滯系數λ，從表中數據可以看出在各荷載工況作用下剪力滯系數在大部分截面均大于1.1，其中預應力與溫度荷載作用下的剪力滯效應表現更為突出錯誤！未找到引用源。。這表明剪力滯效應產生的影響使得寬箱梁橫向應力分布與初等梁理論所得結果的具有顯著差異。因此在橋梁設計時，剪力滯效應的影響必須引起注意。

表1 各控制截面剪力滯系數λ

4 結論

本文通過采用有限元分析軟件Midas Civil和Midas FEA對某工程箱梁進行空間力學行為精細化分析，分析了各荷載工況下的應力分布規律，并計算了該箱梁在各控制截面在不同荷載工況下的剪力滯系數，通過對應力分布及剪力滯系數的分析發現，在不同荷載條件下箱梁的不同位置處剪力滯系數差異明顯，因此在工程中對于不同位置處的箱梁應力也具有較大差別，在應力較大截面處需要適當增加防護措施，在設計當中需要引起重視。

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