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箱梁有效宽度研究 谢宝来 孙东利 (天津市市政工程设计研究院，天津　300051) 【摘 要】箱形截面梁受弯时，在横桥向由于剪滞效应，贴近腹板的翼缘法向应力与腹板的法向应力相同，离腹板愈远则愈小。这种分布对于大箱眼的单箱单室箱梁非常明显，规范也做了相关的规定，但是，在单箱多室及单箱单室的小箱眼箱梁中，因受腹板分布及支撑位置的影响，其应力分布十分复杂，应在设计中和构造上给予足够的重视。 【关键词】箱梁 有效宽度 剪滞效应 矮塔斜拉桥 研究模型的建立方法 模型采用空间20节点的块单元，按桥梁的实际情况进行模拟。箱梁的横隔梁起着连接各条腹板的作用，在一定情况下减弱了剪滞效应，因此在研究模型上要充分考虑，使其更加和实际情况相符。本文不考虑活载及体内预应力影响，当考虑时，活载可以按效应进行扩大，体内预应力也可以按叠加原理加上去，毕竟每条腹板的体内预应力配置均相同。对于矮塔斜拉桥建模，按一次成桥考虑，拉索拉力按外载荷进行加载。 单箱多室箱梁 桥梁宽度16.5m，梁高2m，悬臂2m，跨径为等跨40m预应力钢筋混凝土箱梁，分别模拟单支点、双支点和线支撑，双支点支座间距8.5m，最大箱眼净矩3.4m。 单箱单室箱梁 桥梁宽度8m，梁高1.4m，悬臂2m，跨径为等跨25m普通钢筋混凝土箱梁，分别模拟单支点、双支点和线支撑，双支点支座间距3m，最大箱眼净矩3m。 单箱单室大箱眼箱梁 桥梁宽度16.5m，梁高3m，跨径为等跨55m预应力钢筋混凝土箱梁，分别模拟单支点、双支点和线支撑，双支点支座间距3m，最大箱眼净矩7m。 矮塔斜拉桥 桥梁宽度33.5m，梁高5.25～3m，跨径为90.5+150+90.5m预应力钢筋混凝土箱梁，按实际情况模拟，支座间距4m，最大箱眼净矩5.55m。斜拉索为单索面布置，每个桥塔处为12对，每对横桥向1.2m间距布置2根OVM250AT-61钢铰线拉索，每对拉索张拉力为12000kN。 单箱多室箱梁的有效宽度 受支撑形式和位置的影响较大 当桥较宽时，单支点支撑对箱梁顶板应力的影响较大，受横梁影响，锋值向梁中线靠拢，其大小比平均应力大2.5MPa左右。当采用双支点时，应力分布还是比较均匀的。但是无论采用何种支撑方式，其悬臂处的应力均较小。 图1 单箱多室箱梁中支点处上缘应力分布图 表1 单箱多室箱梁中支点处上缘应力特性 编号 支撑 形式 最大应力(MPa) 最小应力(MPa) 应力差(MPa) 有效宽度(m) 有效宽度/全宽 1 单支点 9.81 5.72 4.09 12.20 0.74 2 双支点 7.90 5.24 2.66 14.55 0.88 3 线支撑 7.55 5.20 2.35 15.07 0.91 顶板剪滞效应不明显 可以看到，当支撑条件较好时，此种箱梁的顶板剪滞效应并不明显，线支撑无明显锋值出现，这是因为箱眼较小，整体受力协调。 悬臂板剪滞效应明显 因悬臂板为自由端，受剪滞效应影响较明显，应力水平较低，按面积等效的原理，计算和配筋应当考虑，计算宽度按悬臂宽度的50%给予考虑。 研究结论 宽箱梁不宜采用单支点的支撑形式，当必须采用时，计算模型应当采用梁格法，平面杆系的计算结果误差太大。如果采用平面杆系进行计算，则支点处应力应当给予适当的安全储备。 宽箱梁的箱眼净距不宜超过3.5m，这种构造使我们不必要考虑顶板的剪滞效应。 应当尽量增加支点个数，这样使箱梁应力分布更加均匀。 计算宽度为桥宽减去两侧悬臂宽度的一半，布置其内钢筋为有效钢筋。 单箱单室箱梁的有效宽度 受支撑形式和位置的影响不大 经计算分析，支撑形式和位置的影响不大，受横梁影响，锋值向梁中线靠拢。 图2 单箱单室箱梁中支点处上缘应力分布图 表2 单箱单室箱梁中支点处上缘应力特性 编号 支撑 形式 最大应力(MPa) 最小应力(MPa) 应力差(MPa) 有效宽度(m) 有效宽度/全宽 1 单支点 5.14 2.87 2.27 6.33 0.79 2 双支点 4.64 2.69 1.95 6.64 0.83 3 线支撑 4.82 2.74 2.08 6.52 0.82 顶板剪滞效应不明显 从图2可以看出，顶板剪滞效应不明显，箱眼还有增大的潜力，可以由3m增加到3.5m。 悬臂板剪滞效应明显 因悬臂板为自由端，受剪滞效应影响较明显，应力水平较低，按面积等效的原理，计算和配筋应当考虑，计算宽度按悬臂宽度的50%给予考虑。而且从应力图上可以看出，其悬臂长度偏大，8m桥宽的箱梁多用于弯桥中，减小悬臂，增加了截面抗扭惯量及减小了剪滞效应，可以说是一举两得。 研究结论 受支撑形式和位置对剪滞效应影响不大。 箱眼净距不宜超过3.5m。 应当尽量减小悬臂长度，这样使箱梁应力分布更加均匀。 计算宽度为桥宽减去两侧悬臂宽度的一半，布置其内钢筋为有效钢筋。