分體式鋼箱梁整體計算及局部構造優化

周 康 凌 意

（貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司， 貴陽 貴州 550000）

0 引言

歐美許多發達國家在鋼結構橋梁工程建設方面，已經取得了多方面的成就，國內的橋梁工程師、學者們也做了相當部分的研究和推廣工作，近年來，伴隨著我國鋼材制造工藝水平和產量的提高，鋼材的質量穩定性，強度、低溫韌性等方面均有突出表現，而且鋼結構施工具有快速化、工廠化、標準化的特點，這正和我國的橋梁總體朝著輕型化、裝配化、美觀化的發展方向不謀而合，鋼材后期可以回收利用，更加符合綠色環保的時代主題，故以鋼材為主材的橋梁得以飛速發展。本文以實際設計項目為依托，對分體式鋼箱梁橋進行了整體驗算，可供后續類似工程參考。

1 鋼橋構造

本橋為上跨滬昆高速、燃氣管線、石油管線等而設，橋梁總寬19.5m，結合貴州山區的特點，采用便于運輸的分體式連續鋼箱梁，跨徑(42+70+42)m，箱梁等高，高跨比1/25，單箱寬2.1m。

頂板厚16mm，底板厚14mm，腹板厚14mm，頂板采用U 肋加板肋的形式加勁，底板采T 型肋加勁，腹板采用上下各一道L 型肋加勁布置，隔板間隔2.5m，隔板間腹板設豎向加勁肋一道。

2 結構受力分析及驗算

鋼箱梁受力比較復雜，為既保證計算精度又確保實際應用的可操作性，通常人為的講箱梁劃分為主梁體系（第一體系）、橋面體系（第二體系）、蓋板體系（第三體系）三個體系分別進行簡化計算，然后再進行應力疊加計算。

本次設計以橋梁博士V4 為計算工具，以各單箱為縱梁，隔板及橫梁為橫向聯系，建立空間梁格模型，對橋梁結構在使用過程進行模擬分析。

2.1 模擬分析主要考慮荷載有：

恒載：鋼箱梁自重；橋面鋪裝體系自重；橋面邊、中防撞護欄自重。 活載：公路-I 級車，雙向四車道。

支座沉降：±5mm。

溫度荷載：整體升降溫，梯度升降溫。

結構重要性：一級。

2.2 結構驗算采用下列荷載組合：

基本組合：1.2 恒載+1.4 活載+1.05 溫度+1.0 支座沉降

標準組合：1.0 恒載+1.0 活載+1.0 溫度+1.0 支座沉降

2.3 構件承載能力極限狀態驗算

鋼箱梁由鋼板焊接而成，為薄板結構，其中剪力滯和局部穩定效應對結構受力影響較為突出，可以通過計算截面有效寬度的方式來考慮剪力滯效應和局部穩定效應造成的截面折減。

在板件受拉區，僅考慮板件因剪力滯效應造成的截面折減；在板件受壓區，應同時考慮截面因剪力滯效應和局部穩定效應造成的截面折減。

第一體系最大正應力（考慮剪力滯和局部穩定）為：

注：負值為拉應力，反之為壓應力。

第二體系最大正應力為：

應力 最大應力 最小應力 單位：（Mpa） 39.70 -52.00

由于正交異性鋼橋面板薄膜效應顯著，第三體系力可忽略不計。

故縱梁使用過程中頂板最大拉應力為：178.24Mpa，最大壓應力為：179.41Mpa；

縱梁使用過程中底板最大拉應力為：201.73Mpa，最大壓應力為218.01Mpa.

腹板剪應力應按剪力流理論計算結果如下：

梁編號 中支點1 處最大剪應力（Mpa） 中支點2 處最大剪應力(Mpa) 左邊梁 77.32 77.18 左中梁 52.85 52.84 右中梁 52.82 52.85 右邊梁 77.20 77.06

故縱梁腹板最大剪應力為：77.32Mpa.

折算應力計算：

梁編號 縱梁最大折算應力（Mpa） 左邊梁 220.01 左中梁 185.80 右中梁 185.67 右邊梁 219.95

故縱梁最大折算應力為：220.01Mpa.

2.4 正常使用極限狀態驗算：

橋梁因直接承受汽車荷載作用，故應按照對應的疲勞細節進行疲勞驗算，本項目采用疲勞模型1 進行疲勞計算：均布荷載為0.3qk，集中荷載為0.7Pk。

計算得各縱梁的疲勞應力幅如下表：

梁位 部位 疲勞正應力幅 （Mpa） 疲勞剪應力幅 （Mpa） 頂板 21.42 左邊梁 底板 11.63 12.50 頂板 16.94 左中梁 底板 10.64 8.38 頂板 16.90 右中梁 底板 10.65 8.37 頂板 21.56 右邊梁 底板 11.50 12.48

疲勞正應力幅：按橫向對接焊焊縫疲勞細節進行驗算：

疲勞剪應力幅：

結構豎向撓度驗算

跨位 梁位 第一跨 （mm） 第二跨 （mm） 第三跨 (mm) 左邊梁 18.357 40.612 18.364 左中梁 15.345 36.338 15.342 右中梁 15.347 36.340 15.342 右邊梁 18.366 40.612 18.366

3 結語

通過本次模擬分析驗算，可以有如下結論：

（1）該分體鋼箱梁結構在荷載最不利組合下，頂板最大拉應力為178.24Mpa，頂板最大壓應力為 179.41Mpa；底板最大拉應力為 201.73Mpa，最大壓應力為218.01Mpa；

（2）腹板剪應力77.32Mpa；

（3）縱梁最大折算應力為220.01Mpa；

可以看出雖然箱梁整體受力滿足規范要求，但墩頂底板處壓應力和箱梁整體折算應力均比較接近極限值，且該位置為橫、縱受力交匯處，受力復雜，故此應力狀態偏于不安全，故對底板墩頂縱向8m 范圍內進行局部加厚至20mm。建模驗算可得：底板最大壓應力為179.02Mpa，最大拉應力為193.23Mpa；縱梁最大折算應力為191.12Mpa，均滿足規范要求且有合適的富余量。

（4）最大撓度為40.6mm；

（5）疲勞驗算滿足規范規定值；

可以由上看出，梁體變形和疲勞均滿足橋梁正常使用極限狀態要求。