鋼板組合梁橋面板橫向計算分析研究

謝 銀

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司；公路交通節能環保技術交通運輸行業研發中心，安徽 合肥 230088)

0 引 言

對于鋼板組合梁橋，混凝土橋面板在縱橋向與鋼梁形成組合結構共同受力，同時在橫橋向又要收到橋面板自重、二期鋪裝、車輛等荷載的橫橋向作用，以及車輛偏載時縱梁撓度差產生的扭轉作用。該扭轉作用一般在跨中位置最大，原因是跨中位置支座約束效果最弱，縱梁撓度差值最大。

扭轉作用難以準確計算而且在常規縱梁間距的情況下，扭轉效應占比很小，在設計時通常留有富裕度，以考慮扭轉的影響。

本文重點研究在恒載及車輛荷載作用下，橋面板的邊界條件對橫向計算結果的影響。計算時將橋面板支承處簡單地按鉸接處理會發現正彎矩較大，而最大正彎矩處截面沒有加厚，一般只有25 cm左右，在雙主梁間距達到6 m以上時，底部計算配筋往往很大。如若將橋面板支承處按固接處理會發現正彎矩很小，只有鉸接的1/5左右。顯然鋼板組合梁對橋面板的支承達不到固接的程度，按固接計算結果不安全。我國《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG 3362-2018)在計算與梁肋整體連接的板的彎矩時支點截面偏安全地按固端考慮，跨中截面偏安全地按彈性半固結考慮。因此鋼板組合梁橋面板也應該按照彈性半固結考慮，達到既經濟又安全的效果。

本文通過12.65 m寬橋面板橫向計算，研究橋面板邊界條件對橋面板橫向彎矩效應的影響。

1 橋面板構造

混凝土橋面板采用C50混凝土，板寬12.65 m，上鋪8 cm厚C40防水混凝土+10 cm厚瀝青混凝土，支承于兩道鋼板梁上，鋼板梁橫向等間距6.65 m。鋼板梁上設置剪力釘，橋面板通過剪力釘與鋼梁相連形成整體。橋面板標準厚度25 cm，支承處加厚至40 cm；每隔60 cm布置一道BM15-4橫向預應力。計算模型如圖1所示。

圖1 計算模型示意圖

選取跨中標準段1 m建立計算模型。為考慮鋼梁對橋面板的彈性約束作用，用無重力混凝土豎向立柱模擬縱梁豎向加勁肋，無重力混凝土橫梁模擬小橫梁。模擬原則為每米截面慣性矩相同。

2 橋面板荷載

橋面板重度采用26.0 kN/m3，護欄自重取10.0 kN/m，二期鋪裝荷載取4.6 kN/m2。荷載加載方式如圖2所示。

圖2 二期鋪裝荷載示意圖

3 車輛荷載有效分布系數

汽車的輪胎壓力作用在橋面板上之后會沿著橋面板傳遞給鋼梁，在橫向傳遞過程中，應力發生擴散。假如輪胎的直接作用長度為1 m，那么傳到鋼梁上之后，承擔該荷載的鋼梁長度必然大于1 m，也就是說橋面板的有效寬度大于1 m。我們建立計算模型時如若將橋面板做成變寬的，建模過程就非常費時費力。因此我們在建立模型時一般將橋面板建成等寬的，反過來將荷載進行折減，該折減系數即為有效分布系數。

有效分布系數 =1/有效分布寬度

本文通過我國《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG 3362-2018)的規定計算橋面板有效分布寬度。有效分布系數計算結果如圖3所示。

圖3 橋面板有效分布系數

4 計算結果

4.1 彈性模型與固接和鉸接模型計算結果對比

(1)車輛荷載下彎矩:見表1。

表1 車輛荷載作用下橋面板彎矩表

(2)基本組合下彎矩：見表2。

表2 基本組合下橋面板內力表

通過表1、表2三個模型結果的數據對比可以發現：

(1)負彎矩值不受邊界條件影響。本案例懸臂3 m較大，因此最大負彎矩由懸臂部分的靜定結構控制，不受邊界條件影響。懸臂長度與雙主梁間距比值為0.45，該比值減小到一定程度時，最大負彎矩將由雙主梁之間的荷載控制，屆時三個模型的結果將不會保持一致。

(2)最大正彎矩值相差較大，鉸接模型與固接模型的值相差354%。最大正彎矩值對邊界條件較為敏感，模擬彈性剛度模型的計算結果在兩者之間，約為鉸接模型的57%，小于公路混規的建議值(70%)。

4.2 模擬縱梁剛度對正彎矩的影響(表3)

表3 最大正彎矩-縱梁剛度表

由表3可以看出，縱梁剛度對最大正彎矩的影響隨著剛度的增加，變化率越來越小，迅速衰減。最大正彎矩收斂于60 kN·m左右，約為固接模型的2倍。

4.3 模擬橫梁剛度對正彎矩的影響(表4)

表4 最大正彎矩-橫梁剛度表

由表4可以看出，橫梁剛度對最大正彎矩影響較小，影響值在5%以內。但是小橫梁的存在與否對彎矩的影響不可忽視。

5 結 論

通過對12.65 m寬雙主梁橋面板在不同的邊界條件下的橫向計算可以得出以下結論:

(1) 一般情況下，最大負彎矩由懸臂靜定結構控制，不受邊界條件影響。

(2) 鉸接模型的最大正彎矩偏保守，計算配筋值偏大；固接模型最大正彎矩偏不安全。

(3) 加勁肋剛度及間距對最大正彎矩影響較大，但增加加勁肋剛度效果迅速衰減，最大正彎矩最終收斂值仍大于固接模型結果。

(4) 小橫梁剛度對最大正彎矩影響很小，但是小橫梁的存在與否對計算結果影響不容忽視。

在工程應用中，采用鉸接模型計算簡便，安全度可以保證，但是配筋偏大，不經濟。在縱梁間距較小時橫向配筋為構造配筋，可采用鉸接模型。在縱梁間距較大時，宜采用模擬彈性剛度模型。