預(yù)制箱梁剪扭承載能力驗(yàn)算

王樂群 於方瑩 葉小寶

(浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州 310006)

預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工方便，常用于中小跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)［1］。目前鋼筋混凝土剪扭構(gòu)件的承載能力按照受扭構(gòu)件承載能力和受剪構(gòu)件承載能力分別進(jìn)行計(jì)算，然后疊加起來［2］。但是共同承受剪扭的構(gòu)件，其剪力和扭矩對構(gòu)件內(nèi)的混凝土和箍筋均有一定影響。試驗(yàn)表明，構(gòu)件在剪扭共同作用下，其截面的某一受壓區(qū)域內(nèi)承受剪力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的雙重作用，這必將降低構(gòu)件內(nèi)混凝土的抗剪和抗扭承載能力。本文根據(jù)現(xiàn)行預(yù)制箱梁通用圖，并結(jié)合工程實(shí)例，對預(yù)制箱梁抗剪扭承載能力進(jìn)行驗(yàn)算。

1 工程概況

某工程預(yù)制箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖1所示，跨徑布置26.2 m+2×30 m+26.2 m，單幅橋?qū)?16.25 m。箱梁梁高 1.6 m，頂板厚18 cm;跨中截面底板厚18 cm、腹板厚18 cm;支點(diǎn)截面底板厚25 cm、腹板厚25 cm;中梁預(yù)制寬度2.4 m、邊梁預(yù)制寬度2.85 m。本文對左幅箱梁進(jìn)行驗(yàn)算，各片箱梁編號如圖2所示。

圖1 預(yù)制小箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面

圖2 預(yù)制箱梁跨中截面

2 規(guī)范計(jì)算方法

彎、剪、扭共同作用的承載能力相關(guān)關(guān)系比較復(fù)雜，文獻(xiàn)［2］對彎剪扭共同作用構(gòu)件的承載能力計(jì)算采用部分相關(guān)、部分疊加的簡化計(jì)算方法，即對混凝土抗力部分考慮相關(guān)性影響，對鋼筋的抗力部分采用疊加的方法。矩形或箱形截面承受彎剪扭的構(gòu)件，其抗剪扭承載力應(yīng)按下式計(jì)算:

純扭構(gòu)件縱向鋼筋與箍筋的配筋強(qiáng)度比:

對于鋼筋混凝土構(gòu)件，ζ值應(yīng)符合0.6≤ζ≤1.7的要求，當(dāng)ζ ＞1.7 時(shí)，取1.7。設(shè)計(jì)時(shí)可在 0.6～1.7 之間取略大的數(shù)值，以減少抗扭箍筋的數(shù)量，一般可取1.2左右。

剪扭構(gòu)件混凝土抗扭承載力降低系數(shù):

對于截面尺寸和配筋均已知的剪扭構(gòu)件進(jìn)行承載力復(fù)核一般按下列步驟［3］:1)抗剪截面上、下限復(fù)核;2)按式(4)計(jì)算剪扭構(gòu)件混凝土抗扭承載力降低系數(shù)βt;3)利用式(1)計(jì)算抗剪所需單肢箍筋截面面積，從實(shí)際配筋的單肢箍筋截面面積中減去抗剪所需單肢箍筋截面面積，剩余部分即為可供承擔(dān)扭矩的單肢箍筋截面面積Asv，1;4)根據(jù)彎矩設(shè)計(jì)值確定抗彎鋼筋數(shù)量，從實(shí)際布置在彎曲受拉區(qū)的全部縱筋中減去抗彎縱筋，剩余部分即為可供承擔(dān)扭矩的受拉邊抗扭縱筋，并將其與布置在彎曲受壓區(qū)的縱筋相比較，取其中較小者。根據(jù)抗扭縱筋對稱布置的原則，求得沿截面四周布置的抗扭縱筋總截面面積Ast;5)將上述求得的能夠用來承擔(dān)扭矩的單肢箍筋截面面積Asv，1和抗扭縱筋截面面積Ast，代入式(3)，求得純扭構(gòu)件縱向鋼筋與箍筋的配筋強(qiáng)度比ζ;6)根據(jù)已經(jīng)求得的 Asv，1，Ast，ζ，代入式(1)求得抗扭承載能力 Tu，若 γ0Td≤Tu，則抗扭承載能力滿足要求。

3 有限元模型

預(yù)制組合箱梁整體受力，截面剪力和扭矩不能從單片梁計(jì)算得出，本文建立組合箱梁的梁格模型，如圖3所示。箱梁預(yù)制時(shí)間15 d，模擬簡支轉(zhuǎn)連續(xù)施工過程，考慮汽車左偏布置和右偏布置兩種荷載工況。因此，可從有限元分析結(jié)果中獲取各片箱梁的內(nèi)力值。

圖3 組合箱梁的梁格模型

4 剪扭承載能力驗(yàn)算

結(jié)合上述計(jì)算方法及有限元的計(jì)算結(jié)果，選取邊梁和中梁不同截面位置進(jìn)行剪扭承載能力驗(yàn)算。1)邊跨邊梁支點(diǎn)截面。該截面腹板和底板加厚，箍筋間距為10 cm。根據(jù)最不利荷載工況，該截面的設(shè)計(jì)剪力值γ0Vd和設(shè)計(jì)扭矩值γ0Td分別是1 735.6 kN，54.9 kN·m。2)中跨中梁距離支點(diǎn)3.26 m位置處。該截面腹板常寬，底板不加厚，箍筋間距為20 cm。根據(jù)最不利荷載工況，該截面的設(shè)計(jì)剪力值γ0Vd和設(shè)計(jì)扭矩值γ0Td分別是1 529.6 kN，426.1 kN·m。為簡化內(nèi)容，具體驗(yàn)算過程不列出，上述兩處截面驗(yàn)算結(jié)果如表1所示。

表1 剪扭承載能力驗(yàn)算

從表1的計(jì)算結(jié)果得出:截面1抗扭承載能力滿足要求，但是ζ值偏小;截面2的抗扭承載力小于該截面處的扭矩設(shè)計(jì)值。

5 結(jié)語

本文根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》的剪扭構(gòu)件計(jì)算方法，對現(xiàn)行預(yù)制箱梁通用圖進(jìn)行剪扭承載能力驗(yàn)算，得出如下結(jié)論:1)現(xiàn)行圖紙預(yù)制箱梁腹板縱向分布鋼筋采用直徑8 mm的R235鋼筋，導(dǎo)致抗扭縱筋偏少，可適當(dāng)加大腹板的分布鋼筋直徑;2)箍筋不加密處部分截面剪扭承載力不滿足要求，可增加支點(diǎn)附近箍筋加密段的范圍。

［1］姜興剛.談后張法預(yù)制預(yù)應(yīng)力箱梁施工［J］.山西建筑，2014，40(2):200-201.

［2］JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］張樹仁，鄭紹珪，黃 僑，等.鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理［M］.北京:人民交通出版社，2004.