多腹板连续箱梁的实用计算方法

多腹板连续箱梁的实用计算方法

摘要：以沈阳市二环快速路工程为例，分析多腹板连续箱梁的实用计算方法，综合运用空间分析和平面杆系计算相结合的方法，准确高效地进行结构受力变化分析，保证结构受力安全合理。

关键词： 连续箱梁 腹板 偏载 不均匀系数 1、情况简介

沈阳市二环快速路高架桥上部结构分预应力混凝土连续箱梁和钢梁两种结构形式。预应力混凝土连续梁桥桥宽为23.5m，标准跨径为30m。预应力混凝土连续箱梁为单箱五室断面，梁高（中心处）2.2m。外侧腹板为圆弧曲面。标准段横坡为双向1.5%。箱梁横断面及支座位置如图1。

图1箱梁横断面及支座位置

2、设计与计算

2.1、要点

从美观和减少占地考虑，该桥上部结构为预应力混凝土连续箱梁，全宽23.5m，单箱多室，翼缘板大悬臂，横桥向仅设两个支座，标准支座间距5.5m。这样，在荷载（尤其是偏载）作用下，腹板受力不均匀尤为明显。此时，如仅按平面杆系进行计算分析，则无法考虑腹板内力不均匀，偏载系数的取值将对计算结果产生较大影响，如果考虑的小了，结构不安全；如果考虑大了，将造成资源的浪费。如全部进行空间计算分析，又存在计算速度慢，结构验算复杂的问题。

为了准确高效地进行计算分析，实际设计工作中采用了空间分析和平面杆系计算相结合的方法。即先用《MIDAS》建立空间模型，计算每道腹板区域内的单元应力并进行积分合成，得出结构自重作用下每道腹板的实际受力情况，并根据其受力算出每道腹板自重作用下的不均匀系数，同时对空间的块单元施加车道荷载，得到空间受力情况下，活载的偏载系数。之后，使用《桥梁博士》建立平面杆系计算模型，考虑空间计算分析得出的腹板内力不均匀情况及活载偏载系数影响，对结构进行验算。

2.2、空间计算不均匀系数

使用《MIDAS》软件建立空间模型，计算分析并得出各道腹板恒载作用下的弯矩和剪力，根据各道腹板的内力值确定各道腹板的内力占全截面内力的比例计算出各道腹板间内力的不均匀系数，为后续的计算分析提供设计依据，具体计算结果见表1。

表1使用《MIDAS》计算得出的各道腹板的弯矩和剪力及不均匀系数

横梁号 支点位置 支点弯矩（KN*M) 支点附近剪力（KN) MIDAS 比例分配 不均匀系数 MIDAS 比例分配 不均匀系数

边跨 1#腹板 -788 0.05 - 225 0.07

2#腹板 -4106 0.26 1.14 889 0.27 1.24

3#腹板 -3119 0.19 0.86 549 0.17 0.75

4#腹板 -3119 0.19 0.86 549 0.17 0.75

5#腹板 -4106 0.26 1.14 889 0.27 1.24

6#腹板 -788 0.05 - 225 0.07

中跨 1#腹板 -489 0.04 - 94 0.04

2#腹板 -2789 0.22 0.96 459 0.17 0.74

3#腹板 -3026 0.24 1.04 774 0.29 1.27

4#腹板 -3026 0.24 1.04 774 0.29 1.27

5#腹板 -2789 0.22 0.96 459 0.17 0.74

6#腹板 -489 0.04 - 94 0.04

注：腹板编号为桥梁前进方向从左至右。

2.3、纵向受力计算

（1）纵向抗弯

使用《桥梁博士》建立平面杆系计算模型，此时计算的内力值为结构的全截面内力，未考虑的由于该桥桥宽较宽，各道腹板内力分布不均匀的影响。所以我们将由《MIDAS》空间计算所得的腹板弯矩及剪力不均匀系数代入，根据各腹板受力的空间的计算结果进行布束。

（2）纵向抗剪

按《MIDAS》空间计算所得的各腹板剪力分配的比例，将《桥梁博士》计算的纵向全截面受力最不利位置的中支点剪力进行分配，提取最大的腹板剪力进

行抗剪验算。

（3）横梁计算 使用《桥梁博士》建立平面杆系计算模型，由于结构腹板剪力分布差异较大，计算时应将上部结构的自重按空间计算的腹板剪力分布情况，按腹板集中力的方式加载，进行横梁的受力分析。

4、结语

该桥的上部结构较宽，各腹板的内力分布不均匀，我们为了提高计算分析的速度，提高计算的准确性，尽可能的与实际的受力情况保持一致。我们采用了空间分析和杆件分析相结合的计算分析方式，充分利用了空间分析和杆系分析各自的优点，为类似上部结构的计算分析提供了一定参考。

作者简介：张进、1981年出生、男、辽宁省锦州市、工程师、大学、主要从事桥梁设计、桥梁检测及桥梁加固维修工作

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参考文献

［1］ 张树仁．《钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理》．北京：人民交通出版社，2004

［2］中交公路规划设计院．《公路桥涵设计通用规范》．北京：人民交通出版社，2004

［3］中交公路规划设计院．《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》．北京：人民交通出版社，2004

［4］《沈阳市二环快速路改造工程（二期）》沈阳市市政工程设计研究院2014