預應力混凝土箱梁橫梁腹板抗剪分析

◎ 賀　凱　王　浩　張曉檸　長江航道規劃設計研究院

預應力混凝土箱梁橫梁腹板抗剪分析

◎ 賀凱王浩張曉檸長江航道規劃設計研究院

預應力混凝土連續梁箱梁橋在工程中運用比較廣泛，為研究單箱多室箱梁橫梁受力情況，首先需確定橫梁各腹板恒活載分配比例。本文通過建立多個實體有限元模型，比較分析單箱多室預應力混凝土常用跨徑連續梁橋，在不同橋寬、不同支座布置形式情況下橫梁處腹板受力的情況，分別得出了箱梁橫梁在有預應力與無預應力的情況下橫梁處各腹板恒載、活載分配比例，為此類箱梁橫梁的設計計算提供參考。

橋梁工程 預應力砼箱梁 橫梁 腹板剪分配

在預應力混凝土連續梁橋設計中，工程設計人員常將橫梁簡化為將恒載和活載以集中力的形式作用在每條腹板上的簡支梁或者連續梁來計算。為了求得橫梁的內力，必須先確定每條腹板恒活載分配比例。為簡化橫梁計算，設計中常根據經驗先確定各腹板恒載分配力的比例，然后再根據這個分配比例來計算橫梁；對于單箱單室橫梁，腹板荷載分配比例是比較固定的，對于寬度較寬的單箱多室橫梁，各條邊、中腹板恒活載分配比例差異較大，根據經驗確定腹板恒活載分配比例與實際腹板分配比例是否一致不能保證。本文結合工程實例，建立了兩種橋寬單箱多室截面的連續箱梁實體模型，通過大型有限元軟件來計算分析并進行對比，得出了不同箱梁橫梁腹板恒活載分配比例，對橫梁設計計算具有參考意義。

1.箱梁實體模型

本文模型分別選取城市高架橋常用橋寬26m（雙向6車道）和3 4 m（雙向8車道），標準跨徑4×30m=120m連續箱梁為分析對象，采用midas建立全橋實體模型，計算模型恒載分別考慮了自重、二期恒載（瀝青鋪裝按2KN/m2，內外側防撞護欄按40.4KN/m），橫向預應力換算成等效面荷載施加于箱梁翼緣側板上，橫梁預應力換算成集中力施加于橫梁上，活載按規范進行影響線加載和橫向偏載。約束相應方向水平及豎向位移，箱梁模型支座間距分別按大懸臂、拉開支座間距及大支座間距3種布置：26m支座間距為5.8m、10.5m和15m，34m支座間距為8.5m、10.5m和24m，分別讀取橫梁與腹板交界面各腹板范圍的豎向剪力值，此剪力便是各腹板恒活載分配力。

2.計算數據分析

（1）通過建立26m橋寬不同支座間距（5.8m、10.5m和15m）的三種實體模型計算橫梁處各腹板剪力值，并得出各條腹板分配剪力比例系數，計算結果如下表1～表4所示。

由表1、2結果可知：未考慮橫梁預應力時，邊腹板恒載分配剪力比例系數范圍為0.79～1.15，中腹板恒載分配剪力比例系數范圍為0.85～1.21，中腹板大于邊腹板；施加橫梁預應力后，結構內力重分布，邊腹板恒載分配剪力比例系數范圍為0.91～1.3，中腹板恒載分配剪力比例系數范圍為0.7～1.09，邊腹板大于邊腹板。邊腹板隨著支座間距逐漸增大恒載分配剪力比例系數逐漸增大，中腹板隨著支座間距逐漸增大恒載分配剪力比例系數逐漸減小。

由表3、4結果可知：邊腹板活載分配剪力比例系數范圍為0.61～1.49，中腹板恒載分配剪力比例系數范圍為0.65～1.31，邊腹板大于中腹板。邊腹板隨著支座間距逐漸增大活載分配剪力比例系數逐漸增大，中腹板隨著支座間距逐漸增大活載分配剪力比例系數逐漸減小。

（2）通過建立26m橋寬不同支座間距（8.5m、10.5m和24m）的三種實體模型計算橫梁處各腹板剪力值，并得出各條腹板分配剪力比例系數，計算結果如下表5～表8所示。

由表5、6結果可知：未考慮橫梁預應力時，邊腹板恒載分配剪力比例系數范圍為0.61～1.38，中腹板恒載分配剪力比例系數范圍為0.68～1.26，邊腹板大于邊腹板；施加橫梁預應力后，結構內力重分布，邊腹板恒載分配剪力比例系數范圍為0.99～1.69，中腹板恒載分配剪力比例系數范圍為0.61～1.14，邊腹板大于邊腹板。邊腹板隨著支座間距逐漸增大恒載分配剪力比例系數逐漸增大，中腹板隨著支座間距逐漸增大恒載分配剪力比例系數逐漸減小。

由表7、8結果可知：邊腹板活載分配剪力比例系數范圍為0.37～1.73，中腹板恒載分配剪力比例系數范圍為0.55～1.55，邊腹板大于中腹板。邊腹板隨著支座間距逐漸增大活載分配剪力比例系數逐漸減增大，中腹板隨著支座間距逐漸增大活載分配剪力比例系數逐漸減小。

通過以上計算分析可知，橫梁腹板剪力分配受支座間距、橫梁預應力、腹板位置影響較大，在計算時，應根據具體情況分別計算橫梁腹板分配比例。然后按此比例計算橫梁受力，這樣是比較正確的。

3.結論

本文旨在研究單箱多室箱梁橫梁邊中腹板分配情況，通過計算分析得出了一下幾點結論。

（1）通過計算分析可知，邊腹板恒載隨著支座間距逐漸增大分配剪力比例系數逐漸增大，中腹板恒載隨著支座間距逐漸增大恒載分配剪力比例系數逐漸減小；邊腹板活載隨著支座間距逐漸增大分配剪力比例系數逐漸減增大，中腹板活載隨著支座間距逐漸增大分配剪力比例系數逐漸減小。

（2）受橋梁寬跨比、支座間距和橫梁剛度等因素影響，橫梁每條腹板傳遞的剪力差異較大，橫梁計算時各腹板不宜按照同一分配比例去考慮。

（3）在單箱多室橫梁計算時應首先通過計算確定橫梁各腹板恒活載分配比例，然后按比例將荷載施加在橫梁上，這樣才能得到更為準確的計算結果。

（4）本文僅考慮同等跨徑箱梁橫梁處各腹板恒活載分配規律，非標準跨徑橫梁處各腹板恒活載分配規律是否與此相同尚需進一步研究。

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