魚腹式箱梁的設(shè)計(jì)

梁潤澤

【摘要】隨著社會(huì)發(fā)展，橋梁設(shè)計(jì)不僅要滿足交通的需求，橋梁的外觀也要滿足城市美觀的要求，橋梁上部結(jié)構(gòu)的外型越來越多樣化，通過對魚腹式箱梁的受力分析比較，對魚腹式箱梁的設(shè)計(jì)具有借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】魚腹式箱梁；設(shè)計(jì)；受力分析

1.概述

西岸路口跨線橋處于高明大道，主橋跨越常安路、慶云大道的交匯處，常安路、慶云大道是西岸連接高明市區(qū)的交通及生活主干道，交通繁忙。本跨線橋位于高明市區(qū)東面，是目前高明區(qū)連接珠三角及廣州、禪城的主要出入口，也是西岸進(jìn)入高明市區(qū)的主要路口，屬于城市跨線橋，它的建設(shè)既要滿足公路交通功能的需要，又要滿足城市美化的需要。因此，在方案構(gòu)思時(shí)既要考慮必需的使用功能，更要考慮周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)和美觀。根據(jù)橋位所處的地理位置，地形和橋下凈空要求的關(guān)系，定出橋型方案。根據(jù)被交路規(guī)劃凈空要求，主橋確定采用40米跨徑，初步設(shè)計(jì)階段主橋提出魚腹式連續(xù)箱梁、等截面斜腹板連續(xù)箱梁和變截面斜腹板連續(xù)箱梁三個(gè)方案進(jìn)行比較，由于城市美觀的要求最終確定采用魚腹式箱梁斷面的設(shè)計(jì)方案。橋跨布置為：（4×30m）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁+（30+40+30m）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁+（4×30m）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，橋梁長度為340m。

2.魚腹式箱梁的特點(diǎn)

魚腹式箱梁適用于城市橋梁，為體現(xiàn)出美觀效果一般采用單幅橋、等梁高的斷面形式。橋面寬度一般為17～28米寬，跨徑一般在25～45米，因此橋梁的跨寬比都小于3，板式受力較明顯，箱梁較寬各個(gè)腹板受力是否一致，為保證美觀效果支座橫向間距一般較小，橫梁及橋面板配筋應(yīng)如何配置都是設(shè)計(jì)比較關(guān)心的問題。

3.魚腹梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主橋30+40+30m預(yù)應(yīng)力混凝土等截面魚腹式連續(xù)箱梁采用單箱六室截面，箱梁梁高2.0m；箱梁頂寬為26.00m，箱梁底寬為13.62m，翼板懸臂長度為6.19m；腹板厚度為40～80cm，箱梁頂板厚度22cm；底板厚度22～42cm。箱梁按預(yù)應(yīng)力砼A類構(gòu)件設(shè)計(jì)，配置縱、橫向預(yù)應(yīng)力，縱向預(yù)應(yīng)力每個(gè)腹板采用4束22Φs15.2mm鋼絞線，主跨跨中設(shè)10束5Φs15.2mm底板束，箱梁設(shè)8束5Φs15.2mm頂板束，箱梁墩頂加設(shè)12束5Φs15.2mm負(fù)彎矩鋼束；橫向預(yù)應(yīng)力每米設(shè)1束2Φs15.2mm的鋼絞線。箱梁采用滿堂式支架一次澆筑成型、分批張拉鋼束的施工方法。

4.箱梁建模計(jì)算

由于魚腹式梁懸臂較大，橫向受力不均，為比較準(zhǔn)確的計(jì)算箱梁的受力，本工程初步設(shè)計(jì)階段采用midas civil 2011軟件單梁法建模計(jì)算，施工圖階段采用midas civil 2011軟件梁格法建模計(jì)算。由于箱梁縱向鋼束只配置在箱梁5個(gè)直腹板中，因此箱梁橫向劃分為5個(gè)單元，各單元間采用虛擬橫梁連接。

魚腹箱梁結(jié)構(gòu)建模計(jì)算的兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)為：

4.1虛擬橫梁剛度的計(jì)算

在設(shè)計(jì)當(dāng)中由于需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散，箱梁橫向虛擬橫梁應(yīng)該怎么模擬才更接近實(shí)際是設(shè)計(jì)中最關(guān)注的問題，本處建議采用E.C漢勃利《橋梁上部結(jié)構(gòu)性能》分格式上部結(jié)構(gòu)：剪力-柔性梁格分析理論模擬橫向剛度和抗剪性能。

Ic為抗彎剛度，d、d”為頂板和底板厚度，h、h”為各板到他們形心的距離，c為抗扭剛度。

4.2各箱梁縱向變形的協(xié)調(diào)問題

分?jǐn)偟缴喜拷Y(jié)構(gòu)梁格的慣性矩必須繞箱梁整體的主軸來計(jì)算，而基于箱梁格室中心的劃分由于中性軸與箱梁整體的中性軸不一致，須采用強(qiáng)制移軸的方式處理，否則梁就繞著分隔后的中性軸彎曲，各梁的彎曲曲率將不一致，計(jì)算結(jié)果將出現(xiàn)較大偏差。當(dāng)然也可以采用基于頂?shù)装宓膭澐?，使得各格室的中性軸與箱梁整體一致，從而避免強(qiáng)制移軸。

5.計(jì)算結(jié)果分析

箱梁采用一次落架，分批張拉預(yù)應(yīng)力鋼束的施工方法，采用梁格法建模，根據(jù)成橋狀態(tài)下梁體剪力表可知橫向梁體剪力分布明顯呈現(xiàn)不均勻，采用單梁法計(jì)算主梁的剪力按面積平均分配，魚腹梁的受力不均衡較明顯，采用單梁法已經(jīng)不能保證結(jié)構(gòu)的安全性，因此施工圖階段必須采用梁格法計(jì)算使各應(yīng)力和承載能力均控制在規(guī)范容許范圍內(nèi)。

1. 關(guān)于魚腹梁設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)建議

1）建議邊腹板不配置大的縱向預(yù)應(yīng)力鋼束，由于魚腹式箱梁的邊腹板是弧形的配置大的縱向預(yù)應(yīng)力鋼束將產(chǎn)生較大的徑向力，邊腹板受力非常復(fù)雜，可能引起邊腹板的開裂。

2）建議箱梁頂板配置橫向預(yù)應(yīng)力，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》沒有強(qiáng)制要求箱梁頂面須采用預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，普通鋼筋混凝土配筋也可以滿足要求，但是由于魚腹梁橋面較寬，采用鋼筋砼構(gòu)件容易出現(xiàn)縱向的收縮裂縫對后期的防水較不利，而且箱梁開裂后也影響橫向剛度從而增大箱梁腹板受力不均勻性。

3）建議有條件的情況下設(shè)置8cm左右的調(diào)平層，由于現(xiàn)階段施工水平，箱梁頂面基本達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的±5mm的要求，大部分工程最大偏差達(dá)到2cm，不利于瀝青砼橋面鋪裝厚度的控制。

2. 結(jié)語

1）魚腹式箱梁配合花瓶式空心墩或側(cè)邊曲線型的雙柱式橋墩能夠取得美好的景觀效果，給城市增加一個(gè)風(fēng)景線。

2）魚腹式箱梁受力較復(fù)雜，初步設(shè)計(jì)可采用單梁法計(jì)算估算相應(yīng)的鋼束，但施工圖階段須采用梁格法進(jìn)行詳細(xì)的分析以確保結(jié)構(gòu)安全性，梁格法模型建立時(shí)做好虛擬橫梁的剛度計(jì)算等工作。

3）魚腹梁的邊腹板為曲線型，建議不配置大的縱向預(yù)應(yīng)力鋼束，以避免空間受力腹板出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象。

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