邹晓琴

摘要：钢箱组合梁抗扭性能好，当采用桁架式横隔板时可进一步减轻梁体自重，因而在桥梁工程中得到越来越广泛的应用。文章对跨海交通初步设计阶段泄洪区引桥拟采用的两种断面形式的桁架式横隔板钢箱组合梁桥进行纵向和横向杆系及实体有限元分析，比较两者在纵、横向及局部受力上的差别，为工程中选择合适的断面形式提供参考依据。

关键词：钢箱组合梁;桁架式横隔板;子结构法;有限元法

中国分类号：U448.34

0引言

钢-混组合梁由钢梁和钢筋混凝土桥面板形成组合截面共同受力，充分发挥钢材受弯性能好和混凝土受压性能好的特点，在受力上具有承载能力高、刚度大、延性好等优点，在使用上具有轻型大跨、预制装配、快速施工、施工期间对交通影响小等优点[3]。而钢箱组合梁相对钢板组合梁，其抗扭性能更好，桁架式横隔板的采用可进一步减轻梁体自重。近年来，这种结构形式在城市桥梁甚至跨海桥梁中都有越来越广泛的应用。

本文以跨海交通工程初步设计阶段为背景，以泄洪区引桥拟采用的两种断面形式的桁架式横隔板钢箱组合梁桥为研究对象，对这两种断面形式从纵向和横向受力方面分别进行分析比较，研究其受力性能的优缺点，以期提供科学的参考意见。

1概述

在项目初步设计阶段，泄洪区引桥拟采用主跨为110 m、桥宽为20.2 m的桁架式横隔板钢箱组合梁，其中方案A[1]是三腹板桁架式横隔板钢箱组合梁（断面A），主梁梁高5.5 m，其中钢箱部分梁高5.0 m，结合面处桥面板厚0.5 m，桁架式横隔板间距为4 m（见图1）;方案B[2]是双腹板+中间小纵梁的桁架式横隔板钢箱组合梁（断面B），主梁梁高5.0 m，其中钢箱部分梁高4.5 m，结合面处桥面板厚0.5 m，桁架式横隔板间距为4 m（见图2）。

为比较两种组合梁断面形式对桥梁纵向和横向受力性能的影响，用Midas Civil和ANSYS软件分别建立杆系和实体有限元模型，对比分析其计算结果，评价两种断面形式的受力性能，为钢箱组合梁断面形式的选择提供科学的依据。

2计算和结果

2.1纵向受力计算和结果比较

两种断面的纵向受力性能计算均采用5×110 m一联进行计算。考虑钢梁预制、组装混凝土桥面板、撤除胎架、吊装梁段、简支变连续、顶升中墩、墩顶现浇混凝土、张拉预应力、回落钢梁、二期铺装、徐变十年等11个施工阶段。使用阶段仅考虑恒载（自重、二期、沉降）和车辆荷载的作用。如图3、图4和表1所示。

由表1可知，上述两种方案均满足规范要求。在不开裂状况下，施工阶段断面A钢结构应力状态较断面B高，混凝土应力与断面B接近。而在使用阶段，断面A钢结构应力状态较断面B低，混凝土应力与断面B接近;断面A由于比断面B多一道腹板，其抗剪能力比断面B大。对断面A和断面B而言，汽车荷载产生的最大挠度值分别为26 mm、27 mm，刚度也相差不大。

2.2横向受力计算及结果比较

两种断面的横向受力计算采用ANSYS子结构法[4]，均采用5×110 m一联进行计算。由于在最不利情况下，边跨跨中附近是纵向挠度最大的位置，故取边跨跨中长60 m（3倍梁宽）的梁段采用实體板壳模型，其余梁段采用BEAM4梁单元模型。实体板壳梁段中，混凝土顶板采用SOLID45实体单元，箱梁钢顶板、腹板、底板均采用SHELL63壳单元，桁架式横隔板的支承水平杆和斜杆均采用LINK8杆单元，顶板下缘的小纵梁采用BEAM4梁单元。模型中考虑恒载（自重、二期、沉降、混凝土顶板横向预应力）和汽车荷载的作用，汽车荷载采用规范中的车辆轮载进行模拟。如下页图5、图6所示。

对于组合梁，混凝土顶板的受力较钢梁部分更为复杂。由于混凝土顶板的开裂对桥梁结构的使用和承载性能均造成很大影响[5]，故下述分析以混凝土顶板的横向受力性能为主（见下页图7、图8和表2、表3）。

由表2计算结果可知，断面A由于存在中腹板，中腹板处混凝土顶板的上缘在恒载、车辆荷载作用下存在拉应力，而断面B虽然存在小纵梁，但由于小纵梁竖向刚度不如中腹板大，在小纵梁处的混凝土底板在恒载、车辆荷载作用下存在拉应力。综合来看，断面A混凝土顶板中间区域在频遇组合下基本处于受压状态;而断面B混凝土顶板中间区域在频遇组合下板底存在少量拉应力，但也满足A类构件抗裂要求。

由表3可知，断面A由于存在中腹板，其桁架式横隔板斜撑受力较断面B小很多，顶板在车辆荷载下的相对挠度也较断面B小。两个断面的斜撑对混凝土顶板均能提供足够的竖向支撑。

3结语

本文对跨海交通工程初步设计阶段泄洪区引桥两种断面的桁架式横隔板钢箱组合梁进行了较为全面的对比分析。通过纵向的杆系有限元整体分析，两个断面在纵向抗弯能力上相差不大，但由于断面A比断面B多一道中腹板，在抗剪能力上断面A优于断面B;通过对局部梁段的实体有限元横向分析，断面A混凝土顶板由于中腹板的强支撑，其中间区域顶底面基本处于受压状态，而断面B混凝土顶板中间区域板底仍存在少量拉应力，但两个断面混凝土顶板均能满足抗裂要求，其桁架式横隔板斜撑对混凝土顶板均能提供足够的竖向支撑。在实际工程中，应结合经济性、施工性等因素选择合适的断面。

参考文献：

[1]中交公路规划设计院有限公司.深圳至中山跨江通道初步设计文件（A合同段）[Z].北京：2017.

[2]中铁大桥勘测设计院集团有限公司.深圳至中山跨江通道初步设计文件（B合同段）[Z].武汉：2017.

[3]孔璞.蒲丹快速路分离式钢箱组合梁桥结构设计[J].中国市政工程，2018（2）：29-32.

[4]吕彭民，李燕.大跨径斜拉桥钢锚箱有限元分析的子模型技术法[J].筑路机械与施工机械化，2012（12）：89-92.

[5]谢银.钢板组合梁桥面板横向计算分析研究[J].工程与建设，2019，33（6）：861-862.