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1、第16卷第3期山东交通学院学报Vol.16No.32008年9月JOURNALOFSHANDONGJIAOTONGUNIVERSITYSep.2008预应力混凝土变宽箱梁偏载系数研究122陈爱萍,刁荣亭,赵国(1.山东交通学院土木工程系,山东济南250023;2.山东省交通规划设计院,山东济南250031)摘要:介绍了单箱多室变宽箱梁在偏心荷载作用下的力学行为、偏载系数简化计算的原理和简化计算方法。并通过工程实例,将各种方法的计算结果与空间有限元法计算结果进行比较,最后推荐了在设计过程中应采用的较合理的计算方法。关键
2、词:变宽箱梁;偏载系数;空间有限元;预应力混凝土中图分类号:U448.213文献标识码:A文章编号:1672-0032(2008)03-0050-06随着城市交通的发展,城市高架桥和互通立交桥越来越多地采用单箱多室的现浇箱梁结构。尤其是在互通立交桥中,由于加宽车道的布设,在匝道与匝道、匝道与主线相交的地方,桥梁结构多为变宽结构。由于地形条件及工期等因素的限制,单箱多室变宽薄壁箱形结构以其自身独特的优点得到了越来越广泛的应用,但是相应的计算理论和方法尚不够完善,因而很有必要对变宽箱梁结构特别是多室薄壁箱梁进行进一步的研
3、究。箱梁桥属于空间结构体系,进行精确的分析比较复杂,且在实际工程中,进行复杂分析的意义不大。因而在试验与箱梁分析的基础上,设计过程中通常采用偏载系数来简化偏心荷载对截面内力的影响。1箱梁在偏心荷载下的力学行为与简化算法在偏心荷载作用下,箱形截面的受力情况可分解成对称荷载P作用下的平面弯曲计算和扭矩P·e(e为荷载P到截面形心的力臂)作用下的扭转计算。对于平面弯曲计算,通常可用材料力学公式计算出横截面上的弯曲正应力σ和弯曲剪应力[1]MM。对于扭转计算,箱形薄壁杆件受扭后横截面上将产生自由扭转剪应力、约束扭转正应力与剪
4、应力以及截面发生歪扭引起的畸变正应力与剪应力。然而,设计经验表明,钢筋混凝土或预应力混凝土箱形截面的抗扭刚度很大,由扭转引起的应力通常较平面弯曲引起的应力小得多,而且箱壁较厚的箱梁在横隔板的制约下截面不易发生歪扭,因而其畸变应力更小。在实际设计当中,扭转应力和畸变应力可以忽略不计,对计算结果影响不大。国内计算直线箱形截面桥梁荷载内力的常用近似方法主要包括经验估值法和修正偏心压力法。[2]1)经验估值法对于箱壁具有一定厚度且有横隔板加劲的箱形梁,忽略歪扭变形的畸变应力,将活载偏心作用引起的约束扭转正应力和扭转剪应力分别
5、估计为活载对称作用下平面弯曲正应力的15%和剪应力的5%。因此当恒载对称作用时,箱形梁任意截面考虑扭转影响的总荷载内力可近似估计为Me=Mg+1.15Mp,Qe=Qg+1.05Qp,式中Me为经验估计法的总弯矩;Mg为恒载引起的弯矩;Mp为全部活载对称于桥中线作用时引起的弯矩;Qe为经验估计法的总剪力;Qg为恒载引起的剪力;Qp为全部活载对称于桥中线作用时引起的剪力。收稿日期:2008-05-16作者简介:陈爱萍(1981—),女,福建莆田人,工学硕士,山东交通学院助教.第3期陈爱萍等:预应力混凝土变宽箱梁偏载系数研
6、究51[2]2)修正偏心压力法鉴于箱梁截面横向刚度和抗扭刚度大,则荷载作用下梁发生变形时可以认为横截面保持原来形状不变。因此,通常可以将箱梁腹板近似看作等截面的梁肋,先按修正偏心压力法求出活载偏心作用下边腹板的荷载分配系数,再乘以腹板总数,就得到箱梁截面活载内力的增大系数ξ。用此方法求得的总荷载内力可近似估计为Mm=Mg+ξMp,Qm=Qg+ξQp,式中Mm为修正偏心压力法的总弯矩;Qm为修正偏心压力法的总剪力。在实际工程中已经证实,用上述方法计算直线等宽箱形截面桥梁是可行的,但是对于变宽箱形截面桥梁,由于箱宽是变化
7、的,每一截面的活载内力增大系数随着箱宽的变化而不断变化,目前还没有很好的简化计算方法。2工程实例分析2.1工程简介以某互通立交匝道与主线桥相接的2×27m等高连续变宽箱梁为例,采用空间有限元程序进行建模,对其活载内力增大系数进行研究分析。本箱梁梁高2m,翼缘板宽118m,单箱5室,箱梁梁宽由17181m变到27161m,设计荷载为公路-I级,施工方法为满堂支架施工。由于桥宽变化比较大,采用经验的活载内力增大系数很难满足设计需要,故需进行空间有限元分析。2.2箱梁空间有限元分析1)空间有限元模型采用梁格法建立空间有限元
8、模型。梁格分析方法的主要思路是用一个等效梁格代替其上部结构。等效梁格的物理意义是假定把分散在桥梁上部结构每一部分的弯曲与扭转刚度集中到最邻近的梁格内,[3]即实际结构的纵向刚度集中到梁格纵向构件内,而横向刚度则集中到梁格横向构件内。将等效梁格的网格布置在上部结构的形心主轴平面内,纵向构件均与梁的各纵向腹板重合,这样梁各腹板剪力可直接由同一点上的
