箱梁腹板斜率对截面横向受力影响分析

箱梁腹板斜率对截面横向受力影响分析

【摘 要】箱梁是桥梁设计中常用截面，腹板的斜率一般是通过经验或工程模拟来确定，具有很大的随意性。本文以桥面12m宽的单箱双室箱梁为例，通过建立模型分析在相同恒载、活载作用下腹板斜率的改变对截面横向受力的影响，从而得出腹板斜率变化对截面内力的影响规律。

【关键词】箱梁；腹板斜率；内力；影响

一、引言

倾斜腹板的箱型梁在桥梁设计中被广泛应用，无论是公路工程还是市政工程，预制和现浇梯形箱梁以其本身的结构优点都得到了很好的体现。梯形箱梁在满足桥面宽度的情况下，减小了底板宽度，从而缩小了下部墩台的宽度，降低了材料用量；增加了墩台两侧的通行空间，并且具有桥梁的美学价值和良好的抗风性能。本文依托单箱双室箱梁截面，在相同荷载作用下，计算了6个渐变腹板斜率截面的内力值，分析并比较了斜率对横向受力的影响。

二、工程概况

该拟建工程位于一级公路上，连续现浇梁结构。主梁混凝土采用C40；10cm厚C40混凝土找平层，8cm厚沥青混凝土铺装；C30钢筋混凝土防撞护栏。

荷载等级：公路Ⅰ级；

桥面宽度：2×0.5m(防撞护栏)+11m（机动车道）=12m；

横断面如图2-1 ，腹板斜率变化如表2-1。

图2-1 横断面 （单位cm）

表2-1 腹板斜率变化表 （单位cm）

a l a α=h/a

0 720 0

40 0 40 5.00

80 560 80 2.50 120 480 120 1.67 160 400 160 1.25 200 320 200 1.00

三、模型计算

模型顶板单元长度不变、腹板与顶板相接位置不变、中腹板竖直长度不变，变化底板宽度及边腹板的斜率和长度。每个模型单元数106-126个，长度20cm-28cm，单元截面采用等截面：高度30cm，宽度100cm。在腹板与底板共节点处设置弹性连接边界约束。全桥恒载包括自重、防撞护栏、铺装；活载采用车辆荷载，横向布置如图3-1

荷载组合分三种工况：

工况Ⅰ）恒载

工况Ⅱ）活载

工况Ⅲ）恒载加活载

图3-1 车辆荷载横向布置图 (单位cm)

通过结构分析软件运算，得到腹板斜率分别为无穷大（竖直腹板）、5.00、2.50、1.67、1.25、1.00的6种梁截面，在相同荷载作用下的内力数值。为了直观查看斜率差值对弯矩分布变化的影响，下图列出了直腹板、斜率1.67、斜率1.00三种斜率的截面弯矩图My，

如下图：

图4-1 竖直腹板箱梁恒载加活载作用下截面My图 单位（knm）

图4-2 腹板斜率1.67:1箱梁

恒载加活载作用下截面My图 单位（knm）

图4-3 腹板斜率1:1 箱梁恒载加活载作用下截面My图 单位（knm）

同时对6种斜率的模型各单元内力进行了数据整理，将相同荷载作用对应单

元的内力进行同一坐标轴下比较。数值表中的三条曲线分别为轴力、剪力、弯矩；从左至右共6个模型的内力数值，斜率依次为：无穷大（竖直腹板）、5.00、2.50、1.67、1.25、1.00。箱梁单元号依次增加的分布顺序为箱梁顶板、边腹板、中腹板、边腹板、底板。内力数值表可直观的看出箱梁各个部位在斜率改变的情况下，在不同的荷载作用下的内力值变化，更好的反应斜率对箱梁受力的影响。如下表：

表4-1 恒载作用下内力数值表 (单位kn m)

表4-2 活载作用下内力数值表 (单位kn m)

表4-3 恒载加活载作用下内力数值表 (单位kn m)

四、结果分析

根据以上数据，分析斜率在无穷大至1.00变化时对轴力、剪力、弯矩的影响，从表4-1至表4-3中可以看出在恒载或活载作用下：

1、轴力随着腹板斜率的减小而急剧增大数十倍，其中顶板拉力增幅约为腹板压力增幅的2倍，底板压力增幅与顶板拉力增幅相差不大；边腹板的压力要大于中腹板的压力。

2、恒载作用下随着腹板斜率的减小顶板剪力的变化在3%左右；底板剪力减小约30%；边腹板剪力增加约3倍左右，并且剪力零点有向上移动趋势；中腹板剪力没有变化。活载作用下顶板剪力变化亦不大；底板剪力增加约10倍多；边腹板剪力增加约23%；中腹板剪力增加约3倍。

3、恒载作用下随着腹板斜率的减小顶板弯矩变化不大，翼缘根部弯矩稍有减小，中腹板上部顶板弯矩稍有增大；底板弯矩明显减小，L/4处及中腹板处底板弯矩减少约10倍；边腹板弯矩在翼缘根部稍有增加，中部明显减少，弯矩图由直线向抛物线变化；中腹板弯矩没有变化。活载作用下随着腹板斜率的减小，顶板在腹板顶处负弯矩增加约25%；底板弯矩增加约10倍多；边腹板下部弯矩增幅约为上部弯矩增幅的5倍，弯矩向下逐渐增大；中腹板变化与边腹板类似。

五、结论

综上所述在恒载或活载作用下箱梁腹板斜率对整个箱梁横向受力影响较复杂，随着腹板斜率的减小，箱梁底板内力峰值增加,腹板内力峰值向下偏移,顶板拉应力增加。考虑箱梁整体受力分布均匀，避免局部应力集中，就其横向受力特点，在满足施工的前提下，设计箱型主梁，腹板斜率建议控制在1.5-3.0之间；综合箱梁纵向刚度，形心上移进而影响预应力负弯矩力臂等因素,腹板斜率在设计中可适当取高值。

参考文献：

[1] 范立础 主编，徐光辉 主审《桥梁工程》上册[M] 人民交通出版社 2001.

[2] 项海帆 主编，姚玲森 主审《高等桥梁结构理论》人民交通出版社 2001.

[3] (英)汉勃利,E.C.(Hambly,Edmund C.) 著 《桥梁上部构造性能》人民交通出版社 1982.

[4] 程翔云著《梁桥理论与计算》人民交通出版社 1990.

[5] 张树仁，郑绍珪，黄侨，鲍卫刚 编著《钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理》人民交通出版社 2004.