鋼桁架作為箱梁橫隔板的研究

寶瑪扎那 趙一娜

（赤峰市交通運輸局高等級公路管理處，內蒙古 赤峰024000）

0 前言

在梁式橋中,箱梁因其整體剛度大，抗扭能力強，逐漸被普遍使用，為了保證箱梁的橫向剛度，箱梁的腹板之間要設橫向連接，橫向連接通常在梁端或連續梁中點截面處，當在墩臺截面時稱為橫隔梁，在墩臺截面以外其稱為橫隔板[1]。因箱梁跨徑較大，在跨中位置橋面的橫向聯系較弱，所以應該增加必要的橫向聯系，使橋面受力更趨合理。

1 問題的提出

橫隔板一般為混凝土結構，其厚度一般為0.3～0.6m[2]。如果以12m寬箱梁，跨中截面2.5m，橫隔板厚0.5m，那么這塊橫隔板的自重將達35噸.，而且正處跨中，給箱梁受力帶來極大的不利。在這在橫隔板里需要張拉預應力鋼筋束，加上施工控制未能完全達標，易產生沿橫隔板“過人洞”邊緣的豎向裂縫，嚴重時會產生貫通，一旦貫通，橫隔板將徹底失去橫向聯系的作用。墩臺截面的橫隔梁需承擔巨大的剪力，必須建造堅實的橫隔梁，其厚度一般在1.5～2.5m，以提高其抗剪能力。而跨中截面剪力較小，不需要堅實的橫隔板，橫隔板太厚重，反而會增加太多的恒荷載，給橋梁結構帶來不利影響。橋梁橫隔板若設置不當造成裂縫貫通，將不能起到將強橫向聯系的作用，增加的自重帶來的負面影響將遠大于增強橫相聯系帶來的積極作用。因此必須解決橫隔板自重大，易開裂的問題，應該尋找一種更合理的結構——自重輕，剛度大，承載能力高，并能夠起到橫向聯系作用的新結構。

2 鋼桁架代替混凝土橫隔板

2.1 桁架模型

鋼材具有很好的抗拉性能，同時型鋼的抗壓能力也很強，因此用型鋼制作的鋼桁架既有拉桿又有 撐桿，鋼材利用率較高，具有較強的支撐能力，并且結構自重輕。在同樣的的承載能力下，鋼桁架的重量遠小于混凝土的重量。在實際工程中，在箱梁跨中需要做成空間桁架，沿梁長方向長度1m左右為宜。施工簡單，在箱梁澆筑時預先埋置剪力鍵，等到混凝土具有一定強度后，再焊接桁架。剪力鍵采用栓釘剪力建，栓釘的釘桿直徑一般為12～25cm，常用的直徑為16～19mm。所選用的頂桿直徑不宜超過被焊鋼梁一般厚度的2.5倍；栓釘高度與栓釘直徑之比應不小于4。栓桿上部做成大頭或彎鉤，大頭直徑不得小于栓桿直徑的1.5倍[3]。

2.2 受力分析

2.2.1 恒載分配計算

把橫隔板及頂板前后各一部分截取出來作為隔離體，作用在橫隔板上的力等于每個腹板前后截面上的剪力之與頂板重力之和。恒載在整個橋上的分布是均勻的，如果箱梁的各腹板間距相等，各個腹板承受的豎向力雖然可能不完全相等，但其分布一定是均勻的，因此可以把橫隔板所受的恒載豎向力均分于各個腹板。

2.2.2 活載分配計算

汽車活載最不利時應該是車輪重軸直接壓在橫隔板上產生的，活載的分布以輪距為準，靠近該橫隔板的車軸產生的效應擴散范圍有限，也可以按輪距分布荷載，以上部分車輛荷載占了橫隔板荷載的絕大部分。另外距離橫隔板較遠的車軸的荷載是通過縱梁腹板傳遞到橫隔板上的，這部分荷載占橫隔板荷載的較小部分，而且荷載在腹板上的分布規律也比較復雜，為簡化計算，把這部分荷載也按輪距分布[4]。總之，汽車活載以輪距為準按橫隔板影響線布置，因此活載反力最大值等于作用在橫隔板上的車列活載豎向力之和。

2.3 計算原理

2.3.1 計算截面

大量計算表明，橫隔板的矩形截面通常只負擔了全部荷載產生的65%的效應[5]。剩余部分的荷載效應由旁邊橫隔板加腋及橋面板承擔。因此為了使計算模型更符合實際情況，通常可以取橫隔板厚度以外向兩側各6倍箱梁頂板厚度作為受力分析的對象。

2.3.2 計算模型

把橫隔板作為隔離體，將橫隔板看作簡支梁、懸臂梁或連續梁。見圖1所示。

2.4 桁架強度計算

根據以上步驟計算得到的內力，偏遠全考慮，可按照容許應力法計算桁架形式及截面尺寸。容許應力法可用下式表示：

σ（N.S）≤[σ]

N——最不利的設計荷載標準值（不計荷載安全系數）引起的內力；

S——構件截面幾何特征值；

σ——由設計內力引起的結構最大應力，是N和S的函數；

[σ]——材料的容許應力，其數值等于材料的極限強度初一安全系數K，一般取K=2～3。

3 結語

在已建成的許多連續梁橋中,橫隔板裂縫出現貫通的現象并不少見,這將大大削弱混凝土橫隔板的橫向聯系作用。本文所研究的理論解決了這個問題，利用鋼桁架代替混凝土橫隔板，不但減輕自重，而且不存在貫通裂縫的問題，通過設置剪力建，可以方便的焊接桁架，施工簡單，容易控制。計算理論是在已有的橫隔梁計算的基礎上加以擴展，引入容許應力法，就可以確定桁架的形式及截面尺寸。因此計算上難度相對較低，施工上相對容易，值得推廣。可以在1/4跨及3/4跨的位置增加鋼桁架，以增加更多的橫向聯系。

［1］范立礎.橋梁工程[M].北京：人民交通出版 社,2001：247-271.

［2］周水興,何兆益,等,編.路橋施工計算手冊[M].北京：人民交通出版社,2001：125-168.

［3］黃橋.橋梁鋼-混凝土組合結構設計原理[M].北京：人民交通出版社,2004：40-53.

［4］張繼堯,王昌將.懸臂澆筑預應力混凝土連續梁橋[M].北京：人民交通出版社,2004：40-53.

［5］王豐華,謝明,張光華.重慶大佛寺長江大橋主橋橫梁預加應力計算方法分析[J].公路交通技術,2004(2)：44-471.