裝配式組合連續橋梁的鋼箱梁設計原理研究

文琰，趙強

（九江市規劃設計集團有限公司，江西九江 332000）

1 引言

近年來，我國橋梁事業飛速發展，預應力橋梁在技術革新、材料研究、橋型選擇以及抗震性能等方面取得了巨大的進步。橋梁的箱形截面的優點較多，如外形美觀、整體性強等。因此，常被應用于橋梁的設計中。張凱、張俊平[1]通過梁格法對連續箱梁的受力特征進行分析，同時與板殼模型進行了對比分析，得到了梁格法的計算精度。董錦俊[2]通過梁格法對某橋梁進行了有限元模型的建立，對橫梁的計算方法和受力情況進行了分析，表明了荷載對應力分布的影響。華波、朱朝陽等[3]通過對某橋梁進行模型建立分析對稱荷載和偏心荷載對腹板應力的影響，從而表明箱梁剪力滯效應的影響情況。本文在前人的研究基礎上進行了更加深入的分析。

2 總體構造

2.1 立面布置

鋼箱梁的布置形式及適用情況如表1 所示。

表1 鋼箱梁布置形式表

2.2 橫斷面布置

2.2.1 鋼板梁

鋼-混凝土組合梁橋，采用工字型截面可降低制作安裝成本。鋼板組合梁主要表現形式為雙主梁、多主梁。雙主梁的適用范圍為鐵路橋梁及橋寬較小的情況?？v梁的連接方式為橫梁。該連接方式的優點是提高施工效率、原材料用量較少、構造簡單。缺點是冗余度及承載能力較低。多主梁的適用范圍較廣，多用于跨度較大地段[4]。

2.2.2 鋼箱梁

箱形截面穩定性、耐久性較高，抗扭剛度大，適用于曲線橋。

2.3 受力特點

正彎矩作用下的鋼箱梁橋，橋道板縱向受壓。受壓翼緣由橋面板和上翼緣組成共同抵抗荷載。負彎矩作用下的橋面板截面拉伸、底鋼板受壓。預應力混凝土橋面板可提高結構的使用性和耐久性，降低橋面板的拉應力。

鋼箱梁橋結構體系組成：鋼箱梁、橋道板、橫隔系和加勁肋。各構件受力特性如下：

1）橋道板：主要承受豎向車輛荷載。當存在偏心力時，可抵抗扭轉。

2）剪力鍵：其主要作用為傳遞交界面剪力。

3）鋼箱梁：下翼緣主要作用為抵抗彎矩，上翼緣主要作用為連接橋道板和鋼箱梁。

4）橫隔系：橫隔系主要作用為抵抗扭矩。

保羅與米麗安失敗，是因為他們之間只有精神的交流而沒有肉體的宣泄，而他與克拉拉之間的戀愛無果，恰恰是因為他們之間只有肉體的激情而沒有精神的融合。兩場戀愛的失敗，表明勞倫斯對純粹精神的戀愛和純粹肉體的戀愛都持否定的態度。在勞倫斯看來，精神與肉體割裂的愛情，違背了人類對精神的追求和對肉欲渴望的自然本性，必然是畸形的，也是易逝的。只有精神之愛與肉體之愛之間的完美結合，才會有鮮活的、持久的完美愛情。

5）底板混凝土：改善結構受力性能，提高鋼箱梁穩定性[5]。

3 主要構造

3.1 截面形式

組合鋼箱梁截面形式如圖1 所示。

圖1 組合箱梁截面形式

3.2 加勁肋構造

加勁肋主要影響結構的穩定性，是橋梁設計的重點，且施工方法存在多樣性，因此應通過有限元模型對其進行分析，對結構的加勁進行確定。加勁肋應設置腹板加勁肋和底板加勁肋。

3.3 橫向聯結系

偏心作用下的箱形梁橋會產生橫向撓曲變形。為保證該結構的整體剛度，應設置橫隔板，橫隔板設置位置為箱梁的支點和跨中[6]。

4 案例分析

本文依托工程為某裝配式箱梁橋，橋梁構造為3×45 m+2×45 m。橋梁分左右兩幅，寬度為27 m。上部結構的上翼緣板與橋道板采用新型PCSC 剪力鍵聯結，鋼箱梁截面形式為梯形，梁高為1.8 m。具體形式如圖2 所示。

圖2 箱梁斷面圖

4.1 前導梁構造與主梁連接

頂推施工時的控制因素為主梁前端的支點負彎矩，為減少鋼梁懸臂端撓度，導梁下緣設置一定的角度。導梁結構圖如圖3 所示。

圖3 導梁結構圖

4.2 主梁變形、受力特性

4.2.1 變形特性

頂推施工時，前端豎向位移最大，因此頂推施工時應對豎向位移進行控制。撓度隨頂推進度變化情況如下。

4.2.2 受力特點

頂推施工時主梁彎矩表現為正負交替變換，在主梁20 m斷面正彎矩最大，數值為2 858.7 k N·m。其他斷面彎矩值保持在2 114 kN·m 左右。負彎矩值最大值同樣出現在20 m 斷面，數值為-6 846.1 kN·m。在主梁20 m 斷面后，各個斷面的負彎矩值出現降低的趨勢。

4.3 不利工況下的應力驗算

4.3.1 橋面板應力分析

頂推施工時的最大懸臂長度為50 m，通過有限元分析可知，橋面板頂面和底面的等效應力最大位置為懸臂尾部。拉應力值為12.7 MPa。

4.3.2 鋼箱應力分析

當橋梁處于最大懸臂狀態時，主梁前端最大撓度值為-382.5 mm。通過有限元對整體桿系進行分析，確定撓度值為-397 mm。結構出現0.018 mm 的脫空。

最大懸臂階段，底板長度為50～30 m，底板與支墩接觸位置發生應力集中，并產生向上的撓度。等效應力最大值為259 MPa，位置為腹板與橫隔板的交界。

通過有限元分析可知，鋼底板與底板加勁肋的應力變化均表現為隨支墩距離增大而減小。通過對數值進行分析可知，加勁肋處于較好的工作狀態。

通過對最大懸臂階段的腹板進行分析可知：腹板支撐區域產生1.4 mm 向外的撓度變形，最大應力值為266 MPa，位置為與底板相交處。腹板大部分應力＜180 MPa，說明結構受力較為安全。

通過對懸臂根部的橫隔板進行分析可知：組成橫隔板的各個構件應力水平不高，支座處的橫隔板表現為應力集中，且最大值為73.6 MPa。

通過對頂板應力分析可知：箱梁頂板的整體應力35 MPa，與鋼導梁連接位置的變化截面最大應力值為76.9 MPa。

為改善橋梁懸臂受力狀態，減少應力集中現象的發生，頂推過程中，采用橡膠墊塊與鋼導梁接觸，墊塊長度為1 m，寬度為0.1 m。

5 結語

本文通過對裝配式鋼箱梁的設計原理進行分析，得出以下結論：鋼箱梁布置可分為等梁高布置、變梁高布置和混合梁高布置。

本文通過實際工程對鋼箱梁橋受力進行分析可知，頂推施工時，梁體安全控制以支撐區的穩定性及局部受力為主。為減少應力集中現象，在主梁與鋼導梁接觸位置設置橡膠墊塊。