預制箱梁剪扭承載能力驗算

王樂群 於方瑩 葉小寶

(浙江省交通規(guī)劃設計研究院，浙江杭州 310006)

預制預應力混凝土箱梁施工方便，常用于中小跨徑橋梁上部結構［1］。目前鋼筋混凝土剪扭構件的承載能力按照受扭構件承載能力和受剪構件承載能力分別進行計算，然后疊加起來［2］。但是共同承受剪扭的構件，其剪力和扭矩對構件內(nèi)的混凝土和箍筋均有一定影響。試驗表明，構件在剪扭共同作用下，其截面的某一受壓區(qū)域內(nèi)承受剪力和扭轉(zhuǎn)應力的雙重作用，這必將降低構件內(nèi)混凝土的抗剪和抗扭承載能力。本文根據(jù)現(xiàn)行預制箱梁通用圖，并結合工程實例，對預制箱梁抗剪扭承載能力進行驗算。

1 工程概況

某工程預制箱梁標準橫斷面如圖1所示，跨徑布置26.2 m+2×30 m+26.2 m，單幅橋?qū)?16.25 m。箱梁梁高 1.6 m，頂板厚18 cm;跨中截面底板厚18 cm、腹板厚18 cm;支點截面底板厚25 cm、腹板厚25 cm;中梁預制寬度2.4 m、邊梁預制寬度2.85 m。本文對左幅箱梁進行驗算，各片箱梁編號如圖2所示。

圖1 預制小箱梁標準橫斷面

圖2 預制箱梁跨中截面

2 規(guī)范計算方法

彎、剪、扭共同作用的承載能力相關關系比較復雜，文獻［2］對彎剪扭共同作用構件的承載能力計算采用部分相關、部分疊加的簡化計算方法，即對混凝土抗力部分考慮相關性影響，對鋼筋的抗力部分采用疊加的方法。矩形或箱形截面承受彎剪扭的構件，其抗剪扭承載力應按下式計算:

純扭構件縱向鋼筋與箍筋的配筋強度比:

對于鋼筋混凝土構件，ζ值應符合0.6≤ζ≤1.7的要求，當ζ ＞1.7 時，取1.7。設計時可在 0.6～1.7 之間取略大的數(shù)值，以減少抗扭箍筋的數(shù)量，一般可取1.2左右。

剪扭構件混凝土抗扭承載力降低系數(shù):

對于截面尺寸和配筋均已知的剪扭構件進行承載力復核一般按下列步驟［3］:1)抗剪截面上、下限復核;2)按式(4)計算剪扭構件混凝土抗扭承載力降低系數(shù)βt;3)利用式(1)計算抗剪所需單肢箍筋截面面積，從實際配筋的單肢箍筋截面面積中減去抗剪所需單肢箍筋截面面積，剩余部分即為可供承擔扭矩的單肢箍筋截面面積Asv，1;4)根據(jù)彎矩設計值確定抗彎鋼筋數(shù)量，從實際布置在彎曲受拉區(qū)的全部縱筋中減去抗彎縱筋，剩余部分即為可供承擔扭矩的受拉邊抗扭縱筋，并將其與布置在彎曲受壓區(qū)的縱筋相比較，取其中較小者。根據(jù)抗扭縱筋對稱布置的原則，求得沿截面四周布置的抗扭縱筋總截面面積Ast;5)將上述求得的能夠用來承擔扭矩的單肢箍筋截面面積Asv，1和抗扭縱筋截面面積Ast，代入式(3)，求得純扭構件縱向鋼筋與箍筋的配筋強度比ζ;6)根據(jù)已經(jīng)求得的 Asv，1，Ast，ζ，代入式(1)求得抗扭承載能力 Tu，若 γ0Td≤Tu，則抗扭承載能力滿足要求。

3 有限元模型

預制組合箱梁整體受力，截面剪力和扭矩不能從單片梁計算得出，本文建立組合箱梁的梁格模型，如圖3所示。箱梁預制時間15 d，模擬簡支轉(zhuǎn)連續(xù)施工過程，考慮汽車左偏布置和右偏布置兩種荷載工況。因此，可從有限元分析結果中獲取各片箱梁的內(nèi)力值。

圖3 組合箱梁的梁格模型

4 剪扭承載能力驗算

結合上述計算方法及有限元的計算結果，選取邊梁和中梁不同截面位置進行剪扭承載能力驗算。1)邊跨邊梁支點截面。該截面腹板和底板加厚，箍筋間距為10 cm。根據(jù)最不利荷載工況，該截面的設計剪力值γ0Vd和設計扭矩值γ0Td分別是1 735.6 kN，54.9 kN·m。2)中跨中梁距離支點3.26 m位置處。該截面腹板常寬，底板不加厚，箍筋間距為20 cm。根據(jù)最不利荷載工況，該截面的設計剪力值γ0Vd和設計扭矩值γ0Td分別是1 529.6 kN，426.1 kN·m。為簡化內(nèi)容，具體驗算過程不列出，上述兩處截面驗算結果如表1所示。

表1 剪扭承載能力驗算

從表1的計算結果得出:截面1抗扭承載能力滿足要求，但是ζ值偏小;截面2的抗扭承載力小于該截面處的扭矩設計值。

5 結語

本文根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》的剪扭構件計算方法，對現(xiàn)行預制箱梁通用圖進行剪扭承載能力驗算，得出如下結論:1)現(xiàn)行圖紙預制箱梁腹板縱向分布鋼筋采用直徑8 mm的R235鋼筋，導致抗扭縱筋偏少，可適當加大腹板的分布鋼筋直徑;2)箍筋不加密處部分截面剪扭承載力不滿足要求，可增加支點附近箍筋加密段的范圍。

［1］姜興剛.談后張法預制預應力箱梁施工［J］.山西建筑，2014，40(2):200-201.

［2］JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范［S］.

［3］張樹仁，鄭紹珪，黃 僑，等.鋼筋混凝土及預應力混凝土橋梁結構設計原理［M］.北京:人民交通出版社，2004.