關于連續鋼箱梁結構設計分析

劉一平

關鍵詞：橋梁;連續鋼箱梁;結構設計;受力分析

1 項目例子

本文以某個鋼結構人行天橋為例子，該天橋位于中心城區，建造于某一十字路口之上，橋下道路是城區的一級主干道，這就要求該天橋在建造施工過程中不能阻斷交通。因此，工程選用連續鋼箱梁結構，在工廠內提前預制好，再運送到現場進行整體焊接工作。鋼箱梁的跨橋布置數據為（ 28.5 + 41 + 24.25 +24.25）。截面為單箱多室截面，梁高1800 mm，箱梁頂板厚度為16mm，底板及腹板厚度為14mm，橫隔板的縱向布置間距為2 m。頂板縱肋采用U肋、I肋及板肋，U肋間距600mm，I肋間距不超過300 mm，板肋僅用于翼緣板外邊緣，鋼材材質為Q345qC。標準截面處箱梁橫向設雙支座，支座中心距 10.5 m。

橋面鋪裝層采用8cm的C50鋼纖維混凝土，5cm的SBS改性瀝青混凝土AC-16C及4cm SBS改性瀝青馬蹄脂碎石混合料SMA-13（ 摻0.25%聚酯纖維），橋面鋪裝層總厚度為 17 cm，采用鋼結構防撞護欄。

2 計算內容

2.1 縱向計算

（1）第一體系應力（主梁體系）

鋼箱梁是從縱方向來整體受力的，其性質為連續梁特性受力，因此在跨中正彎矩是最大的，在支座負彎矩是最大的。要想利用橋梁建立縱向單梁模型，就必須要計算箱梁上下緣的最大拉應力及最大壓應力。

（2）第二體系應力（橋面體系）

鋼橋面板是由縱肋和頂板所組成的結構系，它是直接承受日常運行時候荷載壓力的，橋面上的載重將通過鋼橋面板傳遞到橫隔板上。因此，在這一體系中，可以把橫隔板間的單根縱肋及一定寬度的橋面板作為整體（工字型截面），把橫隔板作為支撐，從而計算出其在外荷載作用下的應力，最后再根據《道橋示方書》來設定橋面板的寬度。此外，縱肋是通過穿越橫隔板來保證其連續性的，因此連續梁特性也是其特點之一。在本文的橋梁設計中，橫隔板間距設定為2 m，如果將縱肋和橋面簡單當做跨度為2m的簡支梁計算，能夠計算出橋面的最大壓應力;如果將其當做連續梁的話，即可以得出橋面的最大拉應力。

在本文涉及的天橋中，承擔荷載的縱肋既有U肋，又有I肋，就可以將其分開進行單獨計算，得出其中應力的最大值。U肋可以將兩腹板合在一起，也簡化為工字型截面。頂板同時承擔第一體系應力和第二體系應力，所以在計算頂面總應力的時候就應該把第一體系應力和第二體系應力疊加起來，即（拉 + 拉，壓 + 壓）;而底板只受到第一體系應力，所以在計算底板的實際應力時只需要知道縱向縱向單梁模型中的應力就可以了。根據以上的計算結果，就可以作為一個重要的判斷依據，來確定梁高、頂底板厚度是否合適，并判斷腹板厚度及腹板個數是否合適。

2.2 橫向計算

（1）普通橫隔板計算

縱肋分流出來的力首先會傳遞到普通位置的橫隔板，其次再由普通位置橫隔板傳遞到兩側腹板上，橫隔板橫向受力， ? ? ?可以將其簡化為兩端簡支于腹板的簡支梁計算，由其來承受上部荷載。這一截面為工字型截面，根據《道橋示方書》來確定頂底板寬度，其中荷載應當按照最不利位置加載。正應力可以作為判斷橫隔板間距是否合適的主要因素（橫隔板間距影響頂底板有效寬度）;也可以根據剪應力來判斷橫隔板厚度是否合適。

（2）支點橫梁計算

支點橫梁承受腹板傳遞的力，再傳遞給支座，支點橫梁橫向受彎，可簡化為簡支于支座上的簡支梁或者連續梁，承受腹板的豎向力。支點橫梁為兩塊橫隔板或三塊橫隔板組成，截面為箱型截面，頂底板寬度按《道橋示方書》計算。腹板的豎向力大小按該支座處的總支反力平分（ 乘以一定的偏載系數） 。

根據支點橫梁正應力大小可判斷橫梁腹板（ 即橫隔板） 間距、頂底板厚度是否合適（ 在支點處頂底板會加厚） ，根據支點橫梁剪應力可判斷橫梁腹板厚度及橫梁腹板個數是否合適。

（3）懸臂翼緣計算

懸臂橫隔板橫向受彎，簡化為一端固結于主梁腹板的懸臂梁計算其彎曲應力，計算截面取一工字型截面，頂板按《道橋示方書》計算其有效寬度。根據正應力可判斷底板寬度及厚度是否合適，根據剪應力判斷橫隔板厚度是否合適。注意翼緣橫隔板被縱肋削弱的部分很大，剪應力不應過高。

2.3 支承加勁肋計算

鋼箱梁在支承處應設置成對的豎向加勁肋。支承加勁肋直接承受支座反力的作用，不僅需要驗算支承墊板處腹板和加勁肋的直接承壓應力，而且必須計算腹板和加勁肋中的豎向應力。

（1）支點處承壓應力計算

式中： [σb]為局部承壓容許應力;Rv為支座反力; n為單個支座豎向加勁肋個數; t1為豎向加勁肋厚度;d為豎向加勁肋寬度; B為支座墊板橫向寬度;t為下翼板厚度; td 為橫隔板厚度。

（2）豎直方向應力計算

式中： [σc]為軸心受壓容許應力; Bev為腹板豎直方向應力有效計算寬度，按下式計算：

式中： Bs 為豎向加勁肋橫向間距。

3 結語

在目前的橋梁設計中，主要采用預應力結構作為主要方案，這種模式被廣泛應用于城市建設中，即可以利用全新的方式為交通規劃和改造提供新的方案，又可以讓橋梁能夠在后期進行結構改良，降低了后期的整改費用。

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