箱梁截面有效寬度對等截面連續梁橋的受力影響分析

孫 東

(安徽省交通勘察設計院有限公司，安徽 合肥 230011)

0 引 言

預應力混凝土等截面連續箱梁橋具有外形美觀、整體性好、橫向抗扭剛度大等優點,因此在橋梁設計中得到廣泛的應用，但是在橋梁設計中往往忽略了剪力滯對橋梁結構受力分析的影響，導致橋梁部分構件應力過分集中造成橋梁的失穩和局部破壞,給工程建設帶來巨大的損失和災難。

箱型截面梁受對稱垂直力作用時，受壓翼緣上的壓應力隨著離腹板距離增加而減小，這種現象稱為剪力滯后或剪力滯效應。實驗成果和理論分析都證實，寬翼緣箱型截面梁存在剪力滯現象，忽略剪力滯效應的影響，就會低估箱梁腹板和翼板交接處的應力集中，因此在橋梁設計中必須考慮剪力滯對結構受力分析的影響。如果按照精確的剪力滯計算公式或空間有限元來分析截面的應力是非常復雜的，因此本文采用偏安全的簡化計算方法，引入箱型截面梁翼緣有效寬度，通過工程實例和橋梁博士軟件，分析箱型截面梁翼緣有效寬度對主梁結構計算結果的影響。

1 項目概況

主橋橋跨布置為(30+45+30) m，上部構造采用等截面預應力混凝土連續箱梁，單箱單室，直腹板，頂板寬度為8.0 m，底板寬度為5 m，翼緣寬度為1.5 m，梁高2.7 m?？缰刑幭淞喉敯搴?5 cm，底板厚28cm，腹板厚50 cm，頂板、底板、腹板在端橫梁和中橫梁處設置5 m漸變段。箱梁采用一次落架現澆施工。

2 主要計算參數選取及計算荷載

2.1 主要計算參數選取

(1)混凝土。C50混凝土，fck=32.4 MPa，ftk=2.65 MPa，fcd=1.83 MPa，E=3.45×104MPa；C50混凝土容重γ=26 kN/m3;瀝青混凝土容重γ=24 kN/m3。

(2)鋼絞線。fpk=1 860 MPa，Ep=1.95×105MPa，預應力筋張拉控制應力σcon=0.72fpk=1 339 MPa，管道每米局部偏差對摩擦的影響系數k=0.001 5，預應力鋼筋與管道壁的摩擦系數μ=0.17，鋼束錨固時彈性回縮變形量對于單端張拉預應力筋為6 mm,對于雙端張拉預應力筋為12 mm。

(3)熱膨脹系數?；炷翢崤蛎浵禂挡捎忙?1.1×105。

(4)收縮徐變時間：3 650 d。

(5)結構重要性系數：1.1。

2.2 計算荷載

(1)恒載：一期恒載包括主梁自重、橫隔梁重量，橫隔梁按集中荷載計算；二期恒載包括橋面鋪裝、護欄等。

(2)活載:公路-I級；

(3)整體溫度：系統整體升溫25℃，降溫20 ℃。

(4) 梯度溫度：根據《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60-2015)豎向溫度梯度曲線取值。正溫差T1=14℃，T2=5.5℃，豎向日照反溫差為正溫差乘以-0.5。

(5)不均勻沉降橋墩0.01 m、橋臺0.007 m。

3 計算模型

全橋共劃分為131個單元，132個節點。其中2#、40#、93#和131#節點為支承節點，主梁全部采用梁單元進行模擬，主梁按A類預應力混凝土構件設計，全橋計算模型如圖1所示。

圖1 計算模型

4 計算結果分析

4.1 箱梁翼緣有效寬度計算

為了分析箱梁截面有效寬度對橋梁結構計算結果的影響，分別取邊支點、中支點、邊跨及中跨特征位置，根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG 3362-2018)第4.3.4條，得到箱梁截面上、下緣有效寬度數值，見表1。

表1 有效寬度計算結果表

根據表1計算結果，原截面頂寬8.0 m，底寬5.0 m，邊支點位置截面有效寬度比原截面寬度折減了約15%，中支點位置截面有效寬度比原截面寬度折減了約30%，將折減后箱梁截面有效寬度值輸入橋梁博士軟件中進行計算。

4.2 持久狀況承載能力極限狀態驗算

根據表2計算結果，基本組合下，考慮和未考慮截面有效寬度計算的兩種抗彎極限承載力，抗力值最大相差約5%。

表2 基本組合下主梁抗彎承載力

4.3 持久狀況正常使用極限狀態驗算

根據表3計算結果，頻遇組合下，考慮和未考慮截面有效寬度計算截面上、下緣最小正應力，中支點處最小正應力差值最大為1.23 MPa，端支點處最小正應力差值最大為0.19 MPa，跨中處最小正應力差值最大為0.21 MPa。

表3 頻遇組合下主梁上、下緣最小正應力

根據表4計算結果，準永久組合下，考慮和未考慮截面有效寬度計算截面上、下緣最小正應力，中支點處最小正應力差值最大為0.65 MPa，端支點處最小正應力差值最大為0.19 MPa，跨中處最小正應力差值最大為0.11 MPa。

表4 準永久組合下主梁上、下緣最小正應力

根據表5計算結果，標準組合下，考慮和未考慮截面有效寬度計算截面上、下緣最大正應力，中支點處最大正應力差值最大為1.99 MPa，端支點處最大正應力差值最大為0.22 MPa，跨中處最大正應力差值最大為0.37 MPa。

表5 標準組合下主梁上、下緣最大正應力

5 結 論

通過以上計算結果對比分析，截面有效寬度對主梁極限承載能力影響很小，但對應力的影響，特別是標準組合和頻遇組合下主梁的最大、最小正應力計算結果影響較大，因此在預應力混凝土等截面連續箱梁設計中必須考慮截面有效寬度對結構受力分析的影響。