连续刚构桥中跨底板纵向开裂研究.pdf

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1、工程试验与研究广东建材2013年第11期连续刚构桥中跨底板纵向开裂研究郝付军-钟明全z(1陕西铁路工程职业技术学院；2重庆市交通规划勘察设计院)摘要：连续刚构宽箱梁由于底板较宽，施工底板预应力时会造成底板横向正应力过大的问题，提出增设底板横肋避免底板纵向开裂的方案，并进行了理论分析，采用大型有限元程序ANSYs计算分析，验证理论计算的正确性，对类似工程有参考价值。关键词：连续刚构；底板；开裂；预防；横肋1前言连续刚构桥由于受力明确、造价低、线形连续等原因，在公路铁路中应用较为广泛。随着箱梁宽度的增加和底板厚度

2、的减薄，箱梁局部破坏或失稳现象明显增多。部分PC连续刚构桥在施工和运营过程中，由于各种原因底板出现了纵向开裂或崩裂问题，有关学者专家对其进行了研究[1’2]。其病害主要与张拉中跨底板束引起的径向力有关。如在张拉底板合龙束的过程中，跨中箱梁底板可能会由于应力过大，出现纵向裂缝，甚至出现崩裂的现象。其主要原因有如下两方面的原因。一是径向力较大，未设置合理的防崩钢筋。其次是径向力引起箱梁底板受力不合理，出现较大的横向拉应力，从而引起底板的开裂或甚至破坏。增强底板横向刚度成为一个重要的目标，而单纯增加底板厚度则会导致

3、工程量增加，恒载加大的问题。本文通过在底板横向设置加劲肋来避免底板纵向裂缝，对此进行了一定研究，可供类似工程参考。2增设底板横肋原理【3】增设底板横肋降低底板应力的原理是通过增加底板的横向抗弯刚度来改善底板的受力状况。下面利用公式简单推导了增设底板横肋和不设横肋时底板截面惯性矩计算。假定在箱梁节段之间增加横肋宽度为，高度为，箱梁的底板厚度不变，记为(相邻节段之间底板厚度变化不大)，将横肋两侧梁段各l／2箱梁节段长记为计算模型的宽度，则可据此计算等效板在增加横肋前后的惯性矩和形心，并计算截面横向弯曲产生的横向正

4、应力。计算简图如图l。未加横肋截面形心：s：0-h0／2(式1)一38一未加肋板示意图加肋板示意图图1底板增设横肋示意未加横肋截面对形心轴惯性矩：Io-boh03／12(式2)加横肋截面形心(距离上缘的距离)：(式3)加横肋截面惯性矩：I。=警+訾+b0⋯”o．5h。一z1)2+b。h。(s。1—0．5h1)(式4)根据公式求解由横向弯矩引起的底板下缘应力为：。=警(式5)通过式5可知：增设横肋前和横肋后底板由于横向弯曲引起的下缘横向正应力比为：oo一(ho—S：o)Ilo1(ho+h1一。1)Io(式6)若

5、某连续刚构桥跨中附近各节段截面长5．0m，厚度约0．33m，在节段交接处设置宽0．30m、高0．50m的横肋，经计算，带入公式6后，其应力比为：0．20×0．0150矿丽可可订百砸=0．435通过上述计算分析表明：增加宽0．30m、高为0．50m横肋后，底板下缘的横向拉应力只有未加横肋横向拉应广东建材2013年第11期力的43．5％，因此增加横肋可以明显减小底板的横向拉应力。3实例分析3．1工程概况某连续刚构桥跨径布置为138．5m+245m+138．5m的三跨预应力混凝土连续刚构，主梁为单箱单室截面，箱顶宽

6、16．75m，箱底宽8．5m，主梁跨中区段采用C55混凝土。该桥梁高按半立方变化，跨中梁高4．5m，根部梁高15．3m；底板厚度按二次抛物线变化，跨中截面底板厚度0．32m，根部截面底板厚度1．6m。主梁跨中截面及其预麻力钢筋布置如图2所示．巴坐．

7、图2跨中截面底板预应力束布置3．2有限元结果分析利用ansys有限元模型建立依托工程跨中区段有无横隔板时的有限元模型，用来验证理论分析结果的有效性。建立节段相接处增加宽O．3m、高O．5Ⅲ的横肋模型。无横肋时典型节段横向应力分布如图3所示，增设横肋时典型节段计算结

8、果如图4所示。通过和综合对比有无横肋时跨中三个节段的最大横向应力，结果列入表1。通过图3、图4和表1可知：增加横肋效应明显，横向拉应力减少值在0．80～1．89MPa之间，各节段横向正应力值只有不加横肋时的49．9％～67．2％左右，与理论值相比，有限元分析增设横肋后横向拉应力结果偏大。偏大的原因是：对于此有限元模型，在径向力的作用下，横肋对距离横肋较远处约束效应不大，使得计算结果比理论值偏大。4预防跨中底板开裂建议底板纵向开裂是预应力底板束径向力过大时引起箱梁底板破坏的一种形式，在设计、施工和运营过程中工程

9、试验与研究图3跨中底板上下缘横向正应力云图(无横肋)图4跨中底板上下缘横向正应力云图(有横肋)表1有无横肋横向正直力对比节段号353433有横肋时横向最大正应力(肝a)1．901．721．70无横肋时横向最大正应力(艘a)3．8l3．222．53有无横肋是最大横向应力比(％)49．953．467．2应引起足够的重视[司：(1)预应力尽可能降低急弯、折角已经局部变形等情况，改善箱梁底缘抛物线线形，尽量