梁远森 王会龙 高梦起,2

（1．郑州城建集团投资有限公司，河南 郑州 450000；2．郑州大学，河南 郑州 450000）

21世纪以来，随着我国波纹钢腹板组合梁相关研究理论的日渐成熟和工程经验的不断累积以及设计水平的进一步创新提高，波纹钢腹板PC组合箱梁桥已逐渐开始向大跨度、幅面宽等复杂形式桥型发展。因此，为了适应市政道路等对桥面宽度的硬性需求指标，波纹钢腹板PC组合箱梁桥开始逐渐采用单箱多室的截面形式[1-5]。国内对波纹钢腹板混凝土组合段的研究主要是单箱单室组合梁的形式，而对于单箱多室波纹钢腹板PC组合箱梁桥的研究还非常少，其具体的受力机理和受力情况尚未完全明确。国内已建和在建的单箱多室波纹钢腹板PC组合箱梁的混凝土组合段形式主要是在外侧波纹钢腹板的内测设置内衬混凝土，在内测波纹钢腹板的两侧均布置混凝土组合段。

但这种组合形式同样在工程中给施工带来了诸多不便，如不方便搭设模板，浇筑混凝土时振捣困难、容易发生炸模等现象，因此，研究单箱多室波纹钢腹板组合梁的组合段内衬混凝土布置形式，为工程设计、施工提供有力依据。

文章以郑州市南三环东延线（经开第五大街—107辅道段）波纹钢腹板PC组合箱梁桥为工程背景，研究内衬混凝土的设置方式对单箱八室波纹钢腹板PC组合箱梁桥受力性能的影响。

1 工程概况

郑州市南三环东延线工程（经开第五大街至107辅道），桥梁全长8 695.1 m。南三环主线为双向6车道的高架快速路，107辅道为双向8车道的高架快速路。南三环高架与107辅道高架相交后形成立交，第一层为南三环地面道路107辅道地面道路平交，南三环高架位于第二层，107辅道位于第三层，WN匝道和NW匝道位于第四层；其余匝道根据沟通情况布置。

工程范围内，南三环高架西起经开第五大街（NSHK3+932.148），向东依次跨越经开第五大街、经开第六大街、经开第七大街、经开第八大街、经开第九大街、经开第十大街以及107辅道地面道路后，在高铁前落地（NSHK6+214.548）；其中包含H、I两条上下匝道。

该桥采用38+56+38波纹钢腹板PC箱梁，梁高2～3.2 m，波纹钢腹板采用1200型，为工厂加工成型。

2 有限元模拟

为了研究组合段布置形式对于波纹腹板桥梁受力的影响，采用MIDAS/FEA有限元软件对其进行建模，对于波纹钢腹板箱梁桥，由于顶底板是由混凝土浇筑而成，而腹板是钢板拼接，且腹板厚度随着梁高而发生变化，在用建模时采用两种不同类型的单元来共同模拟波纹钢腹板箱梁结构。这两种单元分别是：三维实体单元和板单元。建立的有限元模型如下图所示，考虑到模型梁高和底板均为按照Y=1.2/(25.5^2)*X^2抛物线变化，实体、钢腹板以及预应力钢筋均采用自动网格功能进行划分。

混凝土顶底板采用三维实体单元来模拟，划分实体网格时，由于该桥是变截面连续梁桥，不宜采用映射网格划分，故采用自动网格划分（六面体单元，具有单元数少，传力效率高，计算精度好等优点）。该桥梁波纹钢腹板厚度为12～16 mm，采用板单元模拟波纹钢腹板。

通过设置两组对比情况：（1）内测波纹钢腹板的两侧均设置混凝土组合段。（2）所有波纹钢腹板均单侧布置混凝土组合段。

3 模拟结果

3.1 竖向位移对比

该波纹钢腹板PC组合箱梁桥在承受体内预应力、体外预应力及自重荷载作用下，将两种混凝土组合段布置形式的竖向位移进行模拟分析并进行对比，箱梁桥横向截面一共分为12个测点，并分别取边跨跨中竖向位移以及中跨跨中位移进行对比分析。

图1 竖向位移对比曲线

通过图1对比分析可知，在预应力作用、自重作用的情况下，双侧布置混凝土组合段以及单侧布置两种情况该桥边跨跨中竖向位移相差很小，边跨跨中竖向位移均在-2～-3 mm之间，中跨跨中竖向位移均在9～10 mm之间，单侧布置与双侧布置情况下产生的竖向位移均在工程允许范围之内。

3.2 竖向剪应力对比

为了更好地比较两种情况下波纹钢腹板受力特征，现将组合段波纹钢腹板应力状态单独析取，从而进行对比如下。

图2 剪应力对比曲线

通过图2对比分析可知，在预应力作用、自重作用的情况下，双侧布置混凝土组合段以及单侧布置两种情况该桥边跨横梁支座附近剪应力相差很小，边跨组合段处波纹钢腹板上剪应力均在6～7 MPa之间，中跨跨中竖向位移均在10～11 MPa之间，单侧布置与双侧布置情况下产生的竖向剪应力均远低于波纹钢腹板剪应力容许值，在工程允许范围之内。

4 结语

通过对比分析两种形式的波纹钢腹板组合梁组合段布置在桥梁预应力、自重情况下的竖向位移、剪应力分布情况，认为该桥支座附近组合段波纹钢腹板上承担剪应力较小，两种形式下相差不大，建议减少腹板两侧组合段布置，可适当采用单侧布置形式，以减少施工工序，节约施工时间，同时，建议继续研究组合段混凝土布置尺寸（长短、高度）等对桥梁整体挠度以及波纹钢腹板抗剪性能的影响，发展预制装配化波纹钢腹板组合箱梁，加快推进我国波纹钢腹板PC组合箱梁的推广应用。