预应力混凝土箱梁横梁腹板抗剪分析

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摘 要：预应力混凝土连续梁箱梁桥在工程中运用比较广泛，为研究单箱多室箱梁横梁受力情况，首先需确定横梁各腹板恒活载分配比例。本文通过建立多个实体有限元模型，比较分析单箱多室预应力混凝土常用跨径连续梁桥，在不同桥宽、不同支座布置形式情况下横梁处腹板受力的情况，分别得出了箱梁横梁在有预应力与无预应力的情况下横梁处各腹板恒载、活载分配比例，为此类箱梁横梁的设计计算提供参考。

关键词：桥梁工程 预应力砼箱梁 横梁 腹板剪分配

在预应力混凝土连续梁桥设计中，工程设计人员常将横梁简化为将恒载和活载以集中力的形式作用在每条腹板上的简支梁或者连续梁来计算。为了求得横梁的内力，必须先确定每条腹板恒活载分配比例。为简化横梁计算，设计中常根据经验先确定各腹板恒载分配力的比例，然后再根据这个分配比例来计算横梁；对于单箱单室横梁，腹板荷载分配比例是比较固定的，对于宽度较宽的单箱多室横梁，各条边、中腹板恒活载分配比例差异较大，根据经验确定腹板恒活载分配比例与实际腹板分配比例是否一致不能保证。本文结合工程实例，建立了两种桥宽单箱多室截面的连续箱梁实体模型，通过大型有限元软件来计算分析并进行对比，得出了不同箱梁横梁腹板恒活载分配比例，对横梁设计计算具有参考意义。

1.箱梁实体模型

本文模型分别选取城市高架桥常用桥宽26m（双向6车道）和3 4 m（双向8车道），标准跨径4×30m=120m连续箱梁为分析对象，采用midas建立全桥实体模型，计算模型恒载分别考虑了自重、二期恒载（沥青铺装按2KN/m2，内外侧防撞护栏按40.4KN/m），横向预应力换算成等效面荷载施加于箱梁翼缘侧板上，横梁预应力换算成集中力施加于横梁上，活载按规范进行影响线加载和横向偏载。约束相应方向水平及竖向位移，箱梁模型支座间距分别按大悬臂、拉开支座间距及大支座间距3种布置：26m支座间距为5.8m、10.5m和15m，34m支座间距为8.5m、10.5m和24m，分别读取横梁与腹板交界面各腹板范围的竖向剪力值，此剪力便是各腹板恒活载分配力。

2.计算数据分析

（1）通过建立26m桥宽不同支座间距（5.8m、10.5m和15m）的三种实体模型计算横梁处各腹板剪力值，并得出各条腹板分配剪力比例系数，计算结果如下表1～表4所示。

由表1、2结果可知：未考虑横梁预应力时，边腹板恒载分配剪力比例系数范围为0.79～1.15，中腹板恒载分配剪力比例系数范围为0.85～1.21，中腹板大于边腹板；施加横梁预应力后，结构内力重分布，边腹板恒载分配剪力比例系数范围为0.91～1.3，中腹板恒载分配剪力比例系数范围为0.7～1.09，边腹板大于边腹板。边腹板随着支座间距逐渐增大恒载分配剪力比例系数逐渐增大，中腹板随着支座间距逐渐增大恒载分配剪力比例系数逐渐减小。

由表3、4结果可知：边腹板活载分配剪力比例系数范围为0.61～1.49，中腹板恒载分配剪力比例系数范围为0.65～1.31，边腹板大于中腹板。边腹板随着支座间距逐渐增大活载分配剪力比例系数逐渐增大，中腹板随着支座间距逐渐增大活载分配剪力比例系数逐渐减小。

（2）通过建立26m桥宽不同支座间距（8.5m、10.5m和24m）的三种实体模型计算横梁处各腹板剪力值，并得出各条腹板分配剪力比例系数，计算结果如下表5～表8所示。

由表5、6结果可知：未考虑横梁预应力时，边腹板恒载分配剪力比例系数范围为0.61～1.38，中腹板恒载分配剪力比例系数范围为0.68～1.26，边腹板大于边腹板；施加横梁预应力后，结构内力重分布，边腹板恒载分配剪力比例系数范围为0.99～1.69，中腹板恒载分配剪力比例系数范围为0.61～1.14，边腹板大于边腹板。边腹板随着支座间距逐渐增大恒载分配剪力比例系数逐渐增大，中腹板随着支座间距逐渐增大恒载分配剪力比例系数逐渐减小。

由表7、8结果可知：边腹板活载分配剪力比例系数范围为0.37～1.73，中腹板恒载分配剪力比例系数范围为0.55～1.55，边腹板大于中腹板。边腹板随着支座间距逐渐增大活载分配剪力比例系数逐渐减增大，中腹板随着支座间距逐渐增大活载分配剪力比例系数逐渐减小。

通过以上计算分析可知，横梁腹板剪力分配受支座间距、横梁预应力、腹板位置影响较大，在计算时，应根据具体情况分别计算横梁腹板分配比例。然后按此比例计算横梁受力，这样是比较正确的。

3.结论

本文旨在研究单箱多室箱梁横梁边中腹板分配情况，通过计算分析得出了一下几点结论。

（1）通过计算分析可知，边腹板恒载随着支座间距逐渐增大分配剪力比例系数逐渐增大，中腹板恒载随着支座间距逐渐增大恒载分配剪力比例系数逐渐减小；边腹板活载随着支座间距逐渐增大分配剪力比例系数逐渐减增大，中腹板活载随着支座间距逐渐增大分配剪力比例系数逐渐减小。

（2）受桥梁宽跨比、支座间距和横梁刚度等因素影响，横梁每条腹板传递的剪力差异较大，横梁计算时各腹板不宜按照同一分配比例去考虑。

（3）在单箱多室横梁计算时应首先通过计算确定横梁各腹板恒活载分配比例，然后按比例将荷载施加在横梁上，这样才能得到更为准确的计算结果。

（4）本文仅考虑同等跨径箱梁横梁处各腹板恒活载分配规律，非标准跨径横梁处各腹板恒活载分配规律是否与此相同尚需进一步研究。

参考文献：

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