箱梁的横向计算及运用分析范文

在一般的箱梁计算中,箱梁的纵向受力分析可以通过采用平面杆系有限元程序得到较好的解决,其计算结果也一致受到认可,而箱梁横向受力分析受到纵向和横向以及施工过程等的影响,一直未有特别好的行之有效的简化分析方法。因此，对箱梁端隔墙的横向计算进行探讨具有一定的意义。由于箱梁横截面相对纵向来说,刚度很小,对预应力的敏感度也很大,但总体来说箱梁的横向计算与一个二端悬臂,中间腹板刚性连接的小跨度刚构有一些相似,预应力的配置原则与箱梁纵向基本一致。

关键词：箱梁，端隔墙，横向计算

在一般的箱梁计算中,箱梁的纵向受力分析可以通过采用平面杆系有限元程序得到较好的解决,其计算结果也一致受到认可,而箱梁横向受力分析受到纵向和横向以及施工过程等的影响,一直未有特别好的行之有效的简化分析方法。在工程实例中,很多由于横向设计上的不合理,导致箱梁出现裂缝,影响桥梁的安全性和使用性。因此，对箱梁端隔墙的横向计算进行探讨具有一定的意义。

1.箱梁截面的特点

一般混凝土箱梁截面无非由翼缘板、桥面板、腹板、底板几部分组成。箱梁顶、底板除了承受法向荷载外,还承受拉、压荷载,是一个多向的受力体系。顶板的法向荷载有自重、桥面活载和施工荷载,底板的法向荷载有自重和施工荷载。轴向荷载有桥跨方向上恒、活载转换过来的轴向力,以及纵向和横向预应力荷载。因此顶、底板除按板的构造要求决定厚度之外,还要考虑桥跨纵向方向上总弯矩等因素,过厚的顶、底板也会给结构体系自身带来一些不必要的负担。腹板数量的增加可在很大程度上减少桥面板的最大正负弯矩,同时,在构造上,顶、底板预应力钢束也比较容易平弯到腹板上锚固,给预应力索的布置带来一定方便。

2箱梁截面的受力分析

由于箱梁横截面相对纵向来说,刚度很小,对预应力的敏感度也很大,但总体来说箱梁的横向计算与一个二端悬臂,中间腹板刚性连接的小跨度刚构有一些相似,预应力的配置原则与箱梁纵向基本一致。

箱梁横向计算除了考虑恒、活载轴重直接作用在顶板上的力外,还要考虑纵向主梁相邻单元对截面的约束作用。该约束力的大小与主梁纵向刚度成正比,与截面的刚度成反比。现阶段对于横向简化计算中,一般都没去考虑这个作用,这对计算分析来说是偏保守的。

3箱梁截面的荷载分配

箱梁隔墙横截面计算有别于一般普通截面,下面初步探讨一下关于结构恒载(主要指结构自重、二恒)和活载在箱梁隔墙腹板力的分配问题。

(1)恒载计算：箱梁恒载、活载产生的顺桥向力主要通过腹板传至隔墙,然后再按照墩子-桩-大地的顺序进行力的传递。如果腹板间距差异较大,边腹板和中腹板分配的集中力大小也差别较大。对单箱单室而言,恒载可认为均分至两侧腹板,以竖向力的形式传递给横梁(直腹板与斜腹板一样)。对于曲线梁,特别是半径相对较小的梁以及斜交角度比较大的梁,箱梁两侧腹板对力的分配相差比较大,应建立实体模型进行分析。对单箱多室截面,横梁较长,横梁对各腹板的弹性支撑效果比较明显,横梁的受力情况受到腹板布置位置,以及支座布置的影响比较大,以致各腹板对竖向剪力的分配也会存在较大差异。

(2)活载计算：箱梁活载部分主要来自车辆荷载,它主要由二部分组成:一是车轮直接作用在箱梁顶板产生的,该活载的分布以车轮宽度为准,按影响线进行分布,箱梁所受活载绝大部分由它组成；二是距计算断面较远的车辆轴载通过箱梁纵向腹板传到断面上的,此部分荷载占截面荷载的比重较小,而且这部分荷载的传递和分布也难考虑,设计时往往忽略这部分作用。计算时,主要把活载轴重按车轮有效分布宽度作用在箱梁截面上进行横向加载模拟。

4实例计算

4.1主体结构设计

取40.0m简支箱梁作为实例,计算跨度为40.0m,梁长41.5m。梁高2.8m。采用单箱三室截面,腹板间距分别为:6.6m、7.0m、6.6m。箱梁顶板宽29.0m,底板宽20.5m；外侧悬臂板长3.5m,端部厚18cm,根部厚40cm；腹板厚度为50cm,边隔墙处厚度增至75cm。端横墙厚均为150cm,端隔墙处支座间距15.0m。桥面板横向预应力采用4-ψs15.2钢绞线,BM15-4型锚具,两端张拉,间距50cm,锚下张拉控制应力为1302MPa；横隔墙横向预应力采用12-ψs15.2钢绞线,锚下张拉控制应力为1302MPa。,桥梁采用主要技术标准如下。

(1)道路等级:城市道路Ⅰ级。(2)设计荷载:汽车活载:城-A级。(3)计算行车速度:60km/h。(4)桥面路幅宽度:0.5m(防撞墙)+0.5m(检查走道)+0.5m(路缘带)+10.75m(三车道)+0.5m(路缘带)+3.5m(中央分隔带)+0.5m(路缘带)+10.75m(三车道)+0.5m(路缘带)+0.5m(检查走道)+0.5m(防撞墙),桥面全宽29.0m。(5)桥面坡度:桥面横坡为1.5%双向排水坡。

4.2结构计算

采用桥梁博士3.1.0程序对结构施工和成桥状态各阶段应力、强度、裂缝进行平面杆系分析。混凝土收缩、徐变引起的次内力按规范进行计算。

4.2.1计算模型建立

将箱梁横向简化成框架结构,支点在腹板下,按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004)》要求计算桥面板分布宽度,换算成每延米的荷载作用在框架上进行加载。全箱梁截面共分为56个桥面元单元和2个支座单元。挑臂翼缘单元按矩形截面输入。

4.2.2施工阶段模拟

（1）结构自重和横向预应力张拉。（2）施加二期恒载:桥面铺装和防撞护栏以及支座部分剪力。重点考虑全桥通过腹板传来的纵向剪力,此计算按照前面“荷载分配-横向计算”中的第一种方法进行端隔墙处支座剪力的分配原则取值。取中腹板承担剪力为边腹板1.1倍考虑,此加载力相对较大,对隔墙横向计算分析起着比较重要的作用。桥面铺装和防撞护栏按照计算取值进行加载。（3）运营阶段。运营阶段主要考虑活载的加载方法,通过车轮传递到板上的荷载分布宽度按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004)》中4.1.3进行计算,然后根据车轮荷载集度的大小计算出对应位置的值按折线形式的横向分布系数进行加载。（4）荷载组合。按照《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)第4章进行各荷载效应系数的取值,并对施工阶段和成桥阶段顶板应力、强度和裂缝进行检算。

5结论

总之，端隔墙处由于各腹板分担的剪力很大,支座与各腹板位置的相对位置关系(特别是单箱多室截面)将会在很大程度上影响预应力的布置,计算时对支座间距15.0m和11.0m进行比较计算,对计算有比较大影响,设计时应结合下部和上部具体情况来布置支座位置。