关于连续钢箱梁结构设计分析

2021-03-04刘一平

科学与财富 2021年26期

刘一平

关键词：桥梁;连续钢箱梁;结构设计;受力分析

1 项目例子

本文以某个钢结构人行天桥为例子，该天桥位于中心城区，建造于某一十字路口之上，桥下道路是城区的一级主干道，这就要求该天桥在建造施工过程中不能阻断交通。因此，工程选用连续钢箱梁结构，在工厂内提前预制好，再运送到现场进行整体焊接工作。钢箱梁的跨桥布置数据为（ 28.5 + 41 + 24.25 +24.25）。截面为单箱多室截面，梁高1800 mm，箱梁顶板厚度为16mm，底板及腹板厚度为14mm，横隔板的纵向布置间距为2 m。顶板纵肋采用U肋、I肋及板肋，U肋间距600mm，I肋间距不超过300 mm，板肋仅用于翼缘板外边缘，钢材材质为Q345qC。标准截面处箱梁横向设双支座，支座中心距 10.5 m。

桥面铺装层采用8cm的C50钢纤维混凝土，5cm的SBS改性沥青混凝土AC-16C及4cm SBS改性沥青马蹄脂碎石混合料SMA-13（掺0.25%聚酯纤维），桥面铺装层总厚度为 17 cm，采用钢结构防撞护栏。

2 计算内容

2.1 纵向计算

（1）第一体系应力（主梁体系）

钢箱梁是从纵方向来整体受力的，其性质为连续梁特性受力，因此在跨中正弯矩是最大的，在支座负弯矩是最大的。要想利用桥梁建立纵向单梁模型，就必须要计算箱梁上下缘的最大拉应力及最大压应力。

（2）第二体系应力（桥面体系）

钢桥面板是由纵肋和顶板所组成的结构系，它是直接承受日常运行时候荷载压力的，桥面上的载重将通过钢桥面板传递到横隔板上。因此，在这一体系中，可以把横隔板间的单根纵肋及一定宽度的桥面板作为整体（工字型截面），把横隔板作为支撑，从而计算出其在外荷载作用下的应力，最后再根据《道桥示方书》来设定桥面板的宽度。此外，纵肋是通过穿越横隔板来保证其连续性的，因此连续梁特性也是其特点之一。在本文的桥梁设计中，横隔板间距设定为2 m，如果将纵肋和桥面简单当做跨度为2m的简支梁计算，能够计算出桥面的最大压应力;如果将其当做连续梁的话，即可以得出桥面的最大拉应力。

在本文涉及的天桥中，承担荷载的纵肋既有U肋，又有I肋，就可以将其分开进行单独计算，得出其中应力的最大值。U肋可以将两腹板合在一起，也简化为工字型截面。顶板同时承担第一体系应力和第二体系应力，所以在计算顶面总应力的时候就应该把第一体系应力和第二体系应力叠加起来，即（拉 + 拉，压 + 压）;而底板只受到第一体系应力，所以在计算底板的实际应力时只需要知道纵向纵向单梁模型中的应力就可以了。根据以上的计算结果，就可以作为一个重要的判断依据，来确定梁高、顶底板厚度是否合适，并判断腹板厚度及腹板个数是否合适。

2.2 横向计算

（1）普通横隔板计算

纵肋分流出来的力首先会传递到普通位置的横隔板，其次再由普通位置横隔板传递到两侧腹板上，横隔板横向受力，可以将其简化为两端简支于腹板的简支梁计算，由其来承受上部荷载。这一截面为工字型截面，根据《道桥示方书》来确定顶底板宽度，其中荷载应当按照最不利位置加载。正应力可以作为判断横隔板间距是否合适的主要因素（横隔板间距影响顶底板有效宽度）;也可以根据剪应力来判断横隔板厚度是否合适。

（2）支点横梁计算

支点横梁承受腹板传递的力，再传递给支座，支点横梁横向受弯，可简化为简支于支座上的简支梁或者连续梁，承受腹板的竖向力。支点横梁为兩块横隔板或三块横隔板组成，截面为箱型截面，顶底板宽度按《道桥示方书》计算。腹板的竖向力大小按该支座处的总支反力平分（乘以一定的偏载系数）。

根据支点横梁正应力大小可判断横梁腹板（即横隔板）间距、顶底板厚度是否合适（在支点处顶底板会加厚），根据支点横梁剪应力可判断横梁腹板厚度及横梁腹板个数是否合适。

（3）悬臂翼缘计算

悬臂横隔板横向受弯，简化为一端固结于主梁腹板的悬臂梁计算其弯曲应力，计算截面取一工字型截面，顶板按《道桥示方书》计算其有效宽度。根据正应力可判断底板宽度及厚度是否合适，根据剪应力判断横隔板厚度是否合适。注意翼缘横隔板被纵肋削弱的部分很大，剪应力不应过高。

2.3 支承加劲肋计算

钢箱梁在支承处应设置成对的竖向加劲肋。支承加劲肋直接承受支座反力的作用，不仅需要验算支承垫板处腹板和加劲肋的直接承压应力，而且必须计算腹板和加劲肋中的竖向应力。

（1）支点处承压应力计算

式中： [σb]为局部承压容许应力;Rv为支座反力; n为单个支座竖向加劲肋个数; t1为竖向加劲肋厚度;d为竖向加劲肋宽度; B为支座垫板横向宽度;t为下翼板厚度; td 为横隔板厚度。

（2）竖直方向应力计算

式中： [σc]为轴心受压容许应力; Bev为腹板竖直方向应力有效计算宽度，按下式计算：

式中： Bs 为竖向加劲肋横向间距。