梁高变化规律对大跨径变截面箱梁受力影响分析

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1、广东建材2014年第6期工程试验与研究1前言梁高变化规律对大跨径变截面箱梁受力影响分析万欢(广东省公路勘察规划设计院股份有限公司)【摘要】大跨径变截面箱梁以其经济、美观及施工方便等优点被大量的采用，其中不乏主跨超200m的大跨径桥梁。大跨径变截面箱梁设计时对支点及跨中梁高取值一般较为关注，但却往往忽略了梁高变化规律对箱梁受力的影响，这也是部分桥梁出现病害的原因之一。本文以主跨210m的某桥为例，通过计算对比，研究了不同指数抛物线方案的梁高变化规律对箱梁断面框架受力以及主梁纵向受力的影响，对大跨度变截面箱梁梁高变化规律的选取提出了建议。【关键词】梁高变化规律；大跨径；变截面箱梁；受力

2、影响随着近年来我国桥梁建设事业的高速发展，悬臂现浇施工的变截面混凝土箱梁以其经济、美观及施工方便等优点被大量的采用，其中不乏主跨超200m的大跨径桥梁。但由于设计、施工、管养及材料本身等诸多因素，部分大跨径变截面箱梁出现了跨中下扰、梁体开裂等病害。从设计角度分析，结构尺寸拟定不合理是重要原因之一，而结构尺寸拟定时对支点梁高和跨中梁高取值一般都较为重视，但对于梁高变化规律的选用往往重视不足。2合理的跨中及支点梁高取值梁高变化规律的选取必须建立在合理的梁高选取上。2．1支点梁高过高的支点箱梁会造成翼缘应力不均匀性增加，分析表明L／16以下梁高基本不会出现这种不均匀性。而过低的支点梁高造

3、成绞线用量大幅增加，并对长期挠度控制不利，按照设计经验，支点梁高不宜小于L／18。因此一般合理的支点梁高在L／16．7～L／17．0之间。2．2跨中梁高在合理的边中跨LLff,J下，直接决定跨中梁高的不是主跨而是边跨跨径。跨中梁高偏小时增加设计对长期挠度控制的难度。跨中梁高宜为边跨跨径的l／25～1／30，边中跨比值较大时取大值；另外，梁高变化规律的曲线指数越大，上述跨中梁高与边跨跨径比取大值；3梁高变化规律对上部结构受力影响3．1研究对象桥梁情况某大桥跨径组合为(125+210+125)m，边中跨比0．595，支点梁高和跨径拟采用12，5m(主跨／16．8)和4．2m(边跨／29

4、．8)，跨径组合及梁高参数均在合理范围。桥梁单幅桥宽18．5m，采用单箱单室断面。图1箱梁断面图3．2梁高变化规律拟定的影响因素梁高变化规律应根据以下因素来确定：A跨径、B断面箱底宽；C竖曲线：D施工质量；E景观性。其中竖曲线一般在市政桥梁中才会对结构产产生显著影响，而施工质量及景观性不在本文探讨范围。下文结合本桥情况具体分析如下：(1)跨径因素：纵桥向跨径直接决定后期合龙底板束用量，其径向力会使断面框架受力增大。(2)断面箱底宽：腹板数量较少，箱梁底宽较大时，会一31—工程试验与研究广东建材2014年第6期限制后期合龙底板束总根数，造成钢束股数变大，单个腹板附近布置更多钢束，布置

5、位置更靠近底板跨中，也会增加断面框架受力。由此可见，梁高变化规律主要通过底板束径向力对断面框架受力的影响主要体现为底板及腹板受力。3．3梁高变化规律对箱梁断面框架受力影响分析底板束径向力与底板曲率半径有直接关系，不同指数梁高变化规律对应的曲率半径如图2所示：nL

6、ZUU40UbUUgULllUUU长度方向(mJ图2不同指数梁底曲率半径沿程分布不同指数形式造成的梁底曲线曲率值在跨中约L／7区段有着显著区别，而这个区段正是底板钢束数量最多的区间；以2次方变化规律为界，小于2次方时，曲率在此区段呈现急剧增长势态，2次方时，沿程曲率分布均匀，平均数字上较小；大于2次方时，则曲率会在此区域相

7、对急剧降低。下文结合本桥，对采用1．6次和2次方梁高变化规律时断面框架受力进行分析。以下分析取用近跨中区段，钢束径向力考虑施工容许误差、项目纵坡等附加的曲率，为便于观察，未考虑箱梁温差、收缩等效应。I耋二。j图31．0次方时底板横桥向应力分布底板跨中横桥向应力：上缘压应力11．44MPa；下缘拉应力11．68MPa。一32一图41．5次方时腹板侧面应力分布腹板弯曲应力2．2MPa(内侧受拉)。。j图52次方时底板横桥向应力分布底板跨中横桥向应力：上缘压应力5．5MPa；下缘拉应力5．6MPa。l妻I鋈图61．6次方时腹板侧面应力分布腹板弯曲应力1．07MPa(内侧受拉)。经验算，梁

8、高按2次方变化，考虑温度等其他效应，底板由0．15mm裂缝控制的配筋量仍需要达到由20@lOcm。根据以上分析可见：对于箱梁底宽及跨度较大的箱梁，底板受力较为严峻，建议梁高变化规律选择2次方或以上的抛物线。3．4梁高变化规律对沿程梁高分布及纵向受力影响一般大跨径变截面箱梁纵向受力需要注意的突出问题及其分布区域如图7所示。为研究上部箱梁梁高变化规律在上述受力中产生的差异性，下文展示了梁高变化规律指数分别为1．6、2湖伽抛咖蝴㈣埘。一占嗥卅哥雹(卜∞L／8医爱点耋譬譬■翟