张四国 张一卓 谢 斌

(天津市市政工程设计研究院，天津 300051)

0 引言

近年来的大跨斜拉桥主梁多采用扁平钢箱梁，故本文针对斜拉桥宽幅扁平钢箱梁，研究其剪力滞效应产生的原因，通过计算某斜拉桥主梁翼缘的有效宽度，为斜拉桥宽幅扁平钢箱梁断面的设计提供参考。

1 剪力滞的概念及有效宽度的定义

薄壁钢箱梁在外荷载作用下，由于上下翼缘板存在剪切变形，从而导致其宽度范围内弯曲应力分布不均匀的现象，称之为“剪力滞效应”。剪力滞的概念一般仅适用于描述薄壁箱梁因受弯而引起的正应力不均匀分布。这种应力不均匀分布的程度通常用剪力滞系数λ来度量。此外，有效宽度也可以表示这种应力不均匀的程度。有效宽度的定义(见图1):由剪力滞现象引起的梁体翼缘部分挠曲应力的不均匀表现在近腹板处最大(σmax)，中部逐渐减小一些。半梁(相当于一个腹板的梁体截面)的有效宽度为:

2 斜拉桥宽幅扁平钢箱梁剪力滞效应的原因

首先，斜拉桥的主梁是压弯构件，其翼缘弯曲应力不均匀与腹板传来的剪力有关。其次，斜拉桥宽幅扁平钢箱梁在受弯曲的同时，还承受强大的轴向力作用，轴力通过斜索的水平分力以集中力的方式不连续的作用于主梁，轴向力在扩散过程中会使应力分布不均匀。因此，斜拉桥主梁翼板应力不均匀分布是由弯曲应力不均匀，轴向应力不均匀和斜拉索集中索力共同引起的。

3 某斜拉桥翼缘有效宽度的计算

分析了斜拉桥宽幅扁平钢箱梁剪力滞效应产生原因，就有必要计算宽幅扁平钢箱梁翼缘有效宽度用以指导设计。根据斜拉桥的受力特性，不能简单套用国内或者国外相关规范进行有效宽度的计算。考虑有效宽度仅适用于受弯构件，仅计斜拉桥主梁弯曲应力产生的剪力滞后效应。

根据英国规范《钢桥、混凝土桥及结合桥》[3]中附录A有效宽度比的推算，采用等效简支跨的概念，即在非简支结构中，可把连续梁的每两零弯矩点间的区段当作一等效的简支跨，然后根据求解简支梁有效宽度比的方法进行计算。确定两个相邻弯矩点的距离，零弯矩点的位置应当和考察的特殊荷载形式相对应。对于本文研究的斜拉桥而言，采用成桥阶段的荷载作用下的主梁的弯矩零点作为等效简支跨，索力作为集中力。

以某跨径为310 m扁平钢箱梁独塔斜拉桥为例，该桥索距16 m，桥宽22 m，梁高3 m。分别采用两种断面即有两条纵隔板和无纵隔板断面的两种结构，分别求出该桥部分索吊点处断面的有效宽度。断面如图2，图3所示。

从图4中可以看到，两种断面的翼缘有效宽度有明显的差别，有纵隔板的断面的有效宽度总体比无纵隔板的要大。有效宽度在每个索吊点的截面都要大10%以上，最大有超过30%的。可见该桥在成桥阶段的工况下，纵隔板对翼缘有效宽度的影响是斜拉桥扁平钢箱梁断面设计时需要重视的。

4 结语

1)斜拉桥宽幅扁平钢箱梁作为压弯构件，在设计时需要采用有效宽度的方法，对实际发生的非平截面情况做适当的修正和弥补。

2)由于斜拉桥的受力特性，弯矩零点的位置在各种工况下是不同的，因此，斜拉桥扁平钢箱梁需要寻求多种工况下的翼缘有效宽度，按照最不利的工况进行有效宽度的选取。

3)在有条件的情况下，用三维的有限元程序对斜拉桥扁平钢箱梁的受力情况进行验算，考察其应力不均匀程度，结合规范对翼缘的剪力滞效应进行分析，指导断面的设计。

[1]严国敏.现代斜拉桥[M].成都:西南交通大学出版社，1996.

[2]裴岷山，郝 超.宽幅扁平钢箱梁中纵隔板的作用分析[A].中国公路学会桥梁和结构工程学会2001年桥梁学术讨论会论文集[C].2001.

[3]BS 5400英国标准协会.钢桥、混凝土桥及结合桥[S].