箱梁的结构与受力特点

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1、《桥梁设计理论》蔡金标第二讲薄壁箱形梁的结构与受力特点（二）箱形截面的配筋箱形截面的预应力混凝土结构一般配有预应力钢筋和非预应力向普通钢筋。两层钢筋网横向预应力筋1、纵向预应力钢筋：结构的主要受力钢筋，根据正负弯矩的需要一般布置在顶板和底板内。这些预应力钢束部分上弯或下弯纵向预应力筋而锚于助板，以产生预剪力。近年来，由于竖向预应力筋大吨位预应力束的采用，使在大跨径桥梁设两层钢筋网计中，无需单纯为了布置众多的预应力束而增大顶板或底板面积，使结构设计简洁，而又便于施工。图2-3箱形截面配筋示意图2、横向预应力钢筋：当

2、箱梁肋板间距较大，或箱的悬臂板长度较长时，采用普通钢筋混凝土的板面板，钢筋用量过多，或需要较厚的桥面板。这时可考虑设置横向预应力钢筋，横向预应力钢筋一般为直线形，布置在顶板的上、下两层钢筋网间，锚固于悬臂板端。3、竖向预应力钢筋：当肋板中的剪应力或主位应力较大，配置普通钢筋不能满足要求时，可布置竖向预应力钢筋，避免采取加厚肋板增大自重带来的不利影响。竖向预应力筋一般下端埋入胁板混凝土，上端锚于顶板项面。配有纵向、横向、竖向预应力钢筋的结构称为三向预应力结构。近年来，大跨径箱形截面桥梁都采用三向预应力。4、普通钢筋

3、：箱形截面属薄壁结构，因而在顶板、肋板和底板中，根据受力需要，或为防止和限制由于温度变化及混凝土收缩而引起的混凝土裂缝等构造要求，一般都配置两层钢筋网。必须指出，这些普通钢筋的用量占全桥钢筋用量相当大的比例。根据已建成的同类桥梁同类桥梁的统计，这种普通钢筋每平方米桥面用量相差很大，一般在40—150kg之间，因此必须精心设计，做到既安全又经济。w第二节箱形梁的受力特点纵向弯曲作用在箱形梁上的主要荷载是恒载与活载。恒载θ一般是对称作用的，活载可以是对称作用，但更多的刚性扭转情况是偏心作用的，因此，作用于箱形梁的外力

4、可综合表达为偏心荷载来进行结构分析；γ=α+β在偏心荷载作用下，箱形梁将产生纵向弯曲、扭转、畸变及横向挠曲四种基本变形状态。详见图2-4。畸变1、纵向弯曲产生竖向变位w，在横截面上起纵向正应力σM横向挠曲及剪应力τ。对于肋距不大的箱形梁，σ按初等梁MM理论计算，当肋距较大时，会出现所谓“剪力滞效应”。图2-4箱形梁在偏心荷载即翼板中的σ分布不均匀，近肋翼板处产生应力高M作用下的变形状态第-4–页《桥梁设计理论》蔡金标第二讲薄壁箱形梁的结构与受力特点峰，而远肋翼板处则产生应力低谷，这称为“正剪力滞”；反之，如果近肋

5、翼板处产生应力低谷，而远肋翼板处则产生应力高峰，则为“负剪力滞”。对于肋距较大的宽箱梁，这种应力高峰可达相当大比例，必须引起重视。2、刚性扭转刚性扭转即受扭时箱形的周边不变形。扭转产生扭转角θ。分自由扭转与约束扭转。（1）自由扭转：箱形梁受扭时，截面各纤维的纵向变形是自由的，杆件端面虽出现凹凸，但纵向纵维无伸长缩短，能自由翘曲，因而不产生纵向正应力，只产生自由扭转剪应力τ。K（2）约束扭转：受扭时纵向纤维变形不自由，受到拉伸或压缩，截面不能自由翘曲。约束扭转在截面上产生翘曲正应力σ和约束扭转剪应力τ。ww产生约束

6、扭转的原因：支承条件的约束，如固端支承约束纵向纤维变形；受扭时截面形状及其沿梁纵向的变化，使截面各点纤维变形不协调也将产生约束扭转。如等厚壁的矩形箱梁、变截面梁、设横隔板的箱梁等，即使不受支承约束，也将产生约束扭转。3、畸变（即受扭时截面周边变形）畸变的主要变形特征是畸变角γ。薄壁宽箱的矩形截面受扭变形后，无法保持截面的投影仍为矩形。畸变产生翘曲正应力σ和畸变剪应力τ。dwdw4、横向弯曲：畸变还会引起箱形截面各板的横向弯曲，在板内产生横向弯曲应力σdt（纵截面上）。5、局部荷载的影响：箱形梁承受偏心荷载作用，除

7、了按弯扭杆件进行整体分析外，还应考虑局部荷载的影响。车辆荷载作用于顶板，除直接受荷载部分产生横向弯曲外，由于整个截面形成超静定结构，因而引起其它各部分也产生横向弯曲。图2-5表示箱形截面在顶板上作用车辆荷载，在各板中产生横向弯矩图。这些弯矩在各板的纵截面上产生横向弯曲正应力σ及剪应力。c综合箱形梁在偏心荷载作用下产生的应力有：在横截面上：纵向正应力：σ=σ+σ+σzMwdw剪应力：τ=τ+τ+τ+τKMwdw图2-5局部荷载作用下在纵截面上；横向弯曲正应力：σs=σdt+σc横向弯矩图在预应力混凝土梁中，跨径越大

8、，恒载占总荷载比例就越大。一般地，由于恒载产生的对称弯曲应力是主要的，而由于活载偏心所产生的扭转应力是次要的。如果箱壁较厚，或沿梁的纵向布置一定数量的横隔板，限制箱形梁的畸变，则畸变应力也是不大的。但对于少设或不设横隔板的宽箱薄壁梁，畸变应力不可忽视。板的横向应力对于顶板、肋板及底板的配筋具有重要意义，必须引起重视。第-5–页《桥梁设计理论》蔡金标第三讲薄壁箱梁的弯曲剪应