魚腹式箱梁的設計

梁潤澤

【摘要】隨著社會發展，橋梁設計不僅要滿足交通的需求，橋梁的外觀也要滿足城市美觀的要求，橋梁上部結構的外型越來越多樣化，通過對魚腹式箱梁的受力分析比較，對魚腹式箱梁的設計具有借鑒意義。

【關鍵詞】魚腹式箱梁；設計；受力分析

1.概述

西岸路口跨線橋處于高明大道，主橋跨越常安路、慶云大道的交匯處，常安路、慶云大道是西岸連接高明市區的交通及生活主干道，交通繁忙。本跨線橋位于高明市區東面，是目前高明區連接珠三角及廣州、禪城的主要出入口，也是西岸進入高明市區的主要路口，屬于城市跨線橋，它的建設既要滿足公路交通功能的需要，又要滿足城市美化的需要。因此，在方案構思時既要考慮必需的使用功能，更要考慮周圍環境的協調和美觀。根據橋位所處的地理位置，地形和橋下凈空要求的關系，定出橋型方案。根據被交路規劃凈空要求，主橋確定采用40米跨徑，初步設計階段主橋提出魚腹式連續箱梁、等截面斜腹板連續箱梁和變截面斜腹板連續箱梁三個方案進行比較，由于城市美觀的要求最終確定采用魚腹式箱梁斷面的設計方案。橋跨布置為：（4×30m）預應力混凝土連續箱梁+（30+40+30m）預應力混凝土連續箱梁+（4×30m）預應力混凝土連續箱梁，橋梁長度為340m。

2.魚腹式箱梁的特點

魚腹式箱梁適用于城市橋梁，為體現出美觀效果一般采用單幅橋、等梁高的斷面形式。橋面寬度一般為17～28米寬，跨徑一般在25～45米，因此橋梁的跨寬比都小于3，板式受力較明顯，箱梁較寬各個腹板受力是否一致，為保證美觀效果支座橫向間距一般較小，橫梁及橋面板配筋應如何配置都是設計比較關心的問題。

3.魚腹梁結構設計

主橋30+40+30m預應力混凝土等截面魚腹式連續箱梁采用單箱六室截面，箱梁梁高2.0m；箱梁頂寬為26.00m，箱梁底寬為13.62m，翼板懸臂長度為6.19m；腹板厚度為40～80cm，箱梁頂板厚度22cm；底板厚度22～42cm。箱梁按預應力砼A類構件設計，配置縱、橫向預應力，縱向預應力每個腹板采用4束22Φs15.2mm鋼絞線，主跨跨中設10束5Φs15.2mm底板束，箱梁設8束5Φs15.2mm頂板束，箱梁墩頂加設12束5Φs15.2mm負彎矩鋼束；橫向預應力每米設1束2Φs15.2mm的鋼絞線。箱梁采用滿堂式支架一次澆筑成型、分批張拉鋼束的施工方法。

4.箱梁建模計算

由于魚腹式梁懸臂較大，橫向受力不均，為比較準確的計算箱梁的受力，本工程初步設計階段采用midas civil 2011軟件單梁法建模計算，施工圖階段采用midas civil 2011軟件梁格法建模計算。由于箱梁縱向鋼束只配置在箱梁5個直腹板中，因此箱梁橫向劃分為5個單元，各單元間采用虛擬橫梁連接。

魚腹箱梁結構建模計算的兩個關鍵環節為：

4.1虛擬橫梁剛度的計算

在設計當中由于需要對結構進行離散，箱梁橫向虛擬橫梁應該怎么模擬才更接近實際是設計中最關注的問題，本處建議采用E.C漢勃利《橋梁上部結構性能》分格式上部結構：剪力-柔性梁格分析理論模擬橫向剛度和抗剪性能。

Ic為抗彎剛度，d、d”為頂板和底板厚度，h、h”為各板到他們形心的距離，c為抗扭剛度。

4.2各箱梁縱向變形的協調問題

分攤到上部結構梁格的慣性矩必須繞箱梁整體的主軸來計算，而基于箱梁格室中心的劃分由于中性軸與箱梁整體的中性軸不一致，須采用強制移軸的方式處理，否則梁就繞著分隔后的中性軸彎曲，各梁的彎曲曲率將不一致，計算結果將出現較大偏差。當然也可以采用基于頂底板的劃分，使得各格室的中性軸與箱梁整體一致，從而避免強制移軸。

5.計算結果分析

箱梁采用一次落架，分批張拉預應力鋼束的施工方法，采用梁格法建模，根據成橋狀態下梁體剪力表可知橫向梁體剪力分布明顯呈現不均勻，采用單梁法計算主梁的剪力按面積平均分配，魚腹梁的受力不均衡較明顯，采用單梁法已經不能保證結構的安全性，因此施工圖階段必須采用梁格法計算使各應力和承載能力均控制在規范容許范圍內。

1. 關于魚腹梁設計的幾點建議

1）建議邊腹板不配置大的縱向預應力鋼束，由于魚腹式箱梁的邊腹板是弧形的配置大的縱向預應力鋼束將產生較大的徑向力，邊腹板受力非常復雜，可能引起邊腹板的開裂。

2）建議箱梁頂板配置橫向預應力，根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》沒有強制要求箱梁頂面須采用預應力構件，普通鋼筋混凝土配筋也可以滿足要求，但是由于魚腹梁橋面較寬，采用鋼筋砼構件容易出現縱向的收縮裂縫對后期的防水較不利，而且箱梁開裂后也影響橫向剛度從而增大箱梁腹板受力不均勻性。

3）建議有條件的情況下設置8cm左右的調平層，由于現階段施工水平，箱梁頂面基本達不到設計要求的±5mm的要求，大部分工程最大偏差達到2cm，不利于瀝青砼橋面鋪裝厚度的控制。

2. 結語

1）魚腹式箱梁配合花瓶式空心墩或側邊曲線型的雙柱式橋墩能夠取得美好的景觀效果，給城市增加一個風景線。

2）魚腹式箱梁受力較復雜，初步設計可采用單梁法計算估算相應的鋼束，但施工圖階段須采用梁格法進行詳細的分析以確保結構安全性，梁格法模型建立時做好虛擬橫梁的剛度計算等工作。

3）魚腹梁的邊腹板為曲線型，建議不配置大的縱向預應力鋼束，以避免空間受力腹板出現開裂的現象。

參考文獻

[1]《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004）；

[2]《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）；

[3]《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTG D63-2007）；

[4]姚玲森 橋梁工程〔M〕.北京：人民交通出版社，1985；

[5]范立礎 預應力混凝土連續梁橋〔M〕.北京：人民交通出版社，1988；

[6]羅新才 寬幅式魚腹梁方案研究〔J〕公路工程2010年第2期156～159；