双箱单室箱梁顶板受力分析

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摘要 随着我国高速公路的建设，双箱单室现浇箱梁因其箱璧薄、腹板间距大、横向挑臂大，外形美观、经济性相对较好，常常作为跨线桥被采用。本文结合某互通式立交双向两车道匝道桥3x20m跨径双箱单室现浇混凝土箱梁桥设计，对箱梁间顶板的受力状态采用空间有限元进行分析计算，并与规范按有效工作宽度的方法进行计算对比，验证规范方法对本桥的适用性。

关键词 双箱单室箱梁；桥面板计算；有限元

中图分类号U445 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）34-0107-02

国内外桥梁工程的实践表明,无论是公路桥梁还是城市高架桥和立交桥,预应力报凝土及钢筋混凝土薄壁箱型梁的应用日益广泛,常用的横断面形式有单箱单室、单箱双室及双箱单室。当桥较宽,尤其是采用顶推法或悬臂拼装法施工时,多采用双箱单室横断面形式。随着我国高速公路的建设，双箱单室现浇箱梁因其箱璧薄、腹板间距大、横向挑臂大，外形美观、经济性相对较好，常常作为跨线桥被采用，而对于双箱单室结构的箱间顶板的受力情况往往参照规范按有效工作宽度的简化方法进行计算。某高速公路某互通式立交匝道桥采用整体现浇钢筋混凝土和预应力混凝土连续箱梁，采用双箱单室截面。施工时，先分别施工两个箱室，落架后再浇筑纵向湿接缝形成双箱截面，如图1。

本文分别采用空间有限元程序（Super sap）和规范按桥面板有效分布宽度两种方法对箱梁间的桥面板进行受力计算和配筋计算，并把两种计算结果进行比较，验证规范方法对本桥的实用性。

如图1，双箱顶板宽16m、单箱底板宽4m，腹板宽40cm，顶板厚度22cm，底板厚度20cm，梁高1.3m，两侧悬臂长1.75m，纵向湿接缝宽1.5m，两箱梁间的间距为4.5m。

1 空间有限元模型计算

1.1 计算原理、计算方法和计算参数

按空间有限元理论，用Super SAP 通用有限元软件进行分析。箱梁混凝土采用8节点块体单元模拟。本文主要计算箱梁顶板局部受力状态，纵桥向取三跨20m跨径连续梁计算。

计算模型见图2：

计算参数如下：

C50号混凝土弹性模量Eh = 3.5x104 MPa，泊松比ν=0.1667

桥面铺装按均布荷载施加，荷载集度

q铺装 = 0.1x25+0.06x26 = 4.06 kN/m2

中分带护栏按均布荷载施加，荷载集度

q护栏 = 8.5/0.66 = 12.88 kN/m2

汽车荷载按规范公路I级荷载中车辆荷载数值和间距作为集中力作用在顶板上，

汽车按一辆重车计，横向车轮距护栏50cm，两车轮间距1.8m，护栏两侧各布置一辆车；纵向车轮间距1.4m。

1.2 计算结果

1.2.1 恒载横向应力

根据计算，恒载作用下箱梁顶板横向正应力云图如图3：

1.2.2 汽车荷载横向应力

根据计算，汽车荷载作用下箱梁顶板横向正应力云图，图4：

根据箱梁之间顶板横向正应力数值推算单位板宽内力，并进行配筋计算。计算结果如表1。

根据上述计算结果，两箱室之间顶板采用22cm厚，配10cm间距的直径16二级钢筋能满足受力要求。

2 按规范方法

按造《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[1]，板厚与梁肋高度比小于1/4，桥面板中间横桥向弯矩M=0.5M0，M0为与计算跨径相同的简支板跨中弯矩。

M0恒载=1/8xq铺装 xL2+1/4xP护栏xL

= 1/8x4.06x4.52+1/4x8.5x4.5

= 19.8kn.m

汽车荷载按规范公路I级荷载中车辆荷载数值和间距作为集中力作用在顶板上，有效宽度

a = 3.62 m

M0汽车 = 58.0 kN・m

M0组合 = 1.2x M0恒载+1.4xM0汽车=105.0 kN・m

M组合 = 0.5x M0组合 = 52.5 kN・m

按强度需配6根直径16mm二级钢筋；按裂缝宽0.15mm控制需配8根直径16mm二级钢筋；实际配10根直径16mm二级钢筋，满足受力要求。

3 结论

通过对以上两种计算方法的结果比较，按规范中箱梁顶板有效宽度方法计算箱梁顶板受力计算结果比按有限元法计算偏于保守。因此，实际设计中按有效工作宽度的简化方法是安全可靠的。

参考文献

[1]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范.JTG D62-2004.

[2]曾攀.有限元分析基础教程.

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