预应力混凝土常规箱梁横梁计算模式探讨

Modern Transportation Technology

现代交通技&

Vol.15 No. 4Aug. 2018

预应力混凝土常规箱梁横梁计算模式探讨

(1.东南大学建筑设计研究院有限公司，南京210096; 2.中设设计集团股份有限公司，南京210000)

摘要：横梁是箱梁桥结构中的一个重要构件，起着将上部结构荷载传递到下部结构的作用。总结现行常用的横梁

计算方法，通过建立实体有限元模型进行受力分析，根据支座位置的不同，提出一套新的计算模式，并提出了横梁有 效宽度的计算方法。

林峰，包启航#

关键词：箱梁桥;横梁计算模式；支座位置；有效宽度;有限元模型中图分类号：U448.213

文献标识码：A

文章编号％ 1672-9889(2018)03-0056-03

Study on Calculation Model of Prestressed Concrete

Conventional Box-girder Crossbeam

LINFeng1，*，BAOQihang2

(1. Architectural Design _ Research Institute of Southeast University

2. China Design Group Co.，Ltd.，Nanjing 210000，China)

Co.，Ltd.，Nanjing 210096，China；

AbStTciCt % Crossbeam is an esential member in box-girder bridge structure and playing a role of transferring the load per structure to substructure. This article summarizes the current commonly used crossbeam calculation method，analyzes theforcc by establishing the solid finite element model，proposes a new calculation model according to the different position of thesupport，and proposes a calculation method of effective beam width.Key words % box-girder bridge; crossbeam calculation method； support position; effective width; finite element model

箱梁具有较好的整体性，在梁式桥中应用广泛。 为了提高箱梁横向刚度，在端部及中间连续支点处设 置横向联系以连接各道腹板，此横向联系即为端横梁 或者中横梁[1]。荷载产生的剪力主要通过腹板传递 到横梁，然后通过横梁传递到下部结构。剪力传递 时，由于顶板和底板相对较薄，会产生挠取变形，通过 设置横梁可以减少这种因扭转而产生的变形。因此， 横梁是箱梁桥结构中的一个重要构件，对其进行合理 的受力分析及设计非常重要。

座反力均布到横梁上，把横梁当作简支梁或者连续 梁进行计算。

(3)上述两种方法的综合，即通过桥梁纵向计 算，得到支座反力，将支座反力的70%换算为腹板 集中力，30%换算为横梁均布力[2]。

对于腹板集中力的分配方式，工程设计人员主 要采用以下3种简化计算方案：

(1) 每道腹板均勻分配。

(2) 每道腹板分配力与腹板的面积成正比。(3)

根据经验，边腹板与中腹板分配力成一定

1横梁简化计算方法

现行横梁简化计算基本上采用以下几种方法：(1)

比例，如对于三道腹板的横梁，恒载分配力比值取1. 2:11. 2,也有文献[3]提出中腹板分配力为边腹

板的1.2倍。通过桥梁纵向计算，得到支座反力，将支

横梁计算截面有效宽度的选取，主要有两种方式：(1)采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥 涵设计规范

座反力均分到每条腹板，把横梁当作简支梁或者连 续梁进行计算。

(2) 通过桥梁纵向计算，得到支座反力，将支

》（JTG D62—2004)中的有效分布宽度

收稿日期％2017-07-17

作者简介％林峰（1986!)，男，工程师，主要从事桥梁设计工作。

第4期林峰，等.预应力混凝土常规箱梁横梁计算模式探讨• 57 *

来计算横梁截面顶底板的有效宽度。

(2)计算断面横向范围，根据经验取横梁厚度 以外两侧各'倍箱梁顶板厚度。

>横梁受力模式分析

2. 1 工程概况

某连续箱梁采用C50混凝土，跨径布置为3 e

35 mm，梁高2 m，箱梁宽度16. 15 m，中横梁厚2. 5

，端横梁厚1. 8 m，箱梁断面如图1所示。

图1

箱梁断面（单位:cm)

为考察支座位置对横梁受力的影响，根据支座 的不同位置分四种工况进行计算分析，如表1所示。

表1

分析工况与对应支座位置

工况E cm备注

工况 135

支座中心线在边腹板中间工况 2243.8支座中心线在边箱室中间工况 3442.5支座中心线在中腹板中间工况 4

557.5

支座中心线在中箱室中间

2.2有限元模型的建立

使用有限元软件MIDAS FEA对箱梁进行实体 建模，将模型的纵向定义为I方向，横向定义为R 方向，竖向定义为S方向，采用四面体单元划分网 格，建立有限元模型，如图2所示。

图> 箱梁有限元模型

由于支反力主要由恒载产生，且中横梁受力较 大，故本文仅考虑恒载作用下，中横梁受力的分布

情况，通过MIDAS FEA中“局部方向内力总和”功 能，得到与中横梁相近箱室悬臂、腹板、顶底板和倒 角的内力分布情况，这些内力反作用于横梁，即可

得横梁的受力模式，断面构件划分如图3所示。

图3断面构件划分

通过计算可得各构件所承受的竖向力，如表# 所示，并得到各构件传递竖向力占整个断面的比

例，如图4所示。

表 > 构件在不同工况下承受的竖向力

(kN)

工况

构件工况 1

工况 2

工况 3

工况 4

悬臂122374219腹板12 7001 441928800倒角1279335258239顶底板1383936580411倒角2223289244154腹板2

9981 5212 1302 060倒角3114177347452顶底板21143639711 649倒角485152322430腹板31 0411 5542 1502 100倒角5234307262174顶底板3365929548394倒角6284323250232腹板42 6901 397894783悬臂 2

199

61

14

4

30-0

一工况1

--工况2

‘工况3

4工况4

孝鹦

軍

崔軍

鹦

軍

崔軍鹦

軍崔軍

鹦孝

、

闫

闫

闫

'

位置

图4不同工况下构件竖向力所占断面比例

根据以上计算结果，分析可得如下结论％

(1)支座位置对腹板和顶底板的传力影响很 大，支座位置附近构件所承受的竖向力增加，每个 构件分担的竖向力占整个断面的比例不固定。

(#$箱梁悬臂受力很小，且随着支座远离边腹 板，悬臂竖向力占比也在逐渐减小。

(3)除了工况1之外，其余工况通过腹板传递

• 58 *

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2018 年

的竖向力约占整个断面的6〇m &

# 3

横梁有效宽度的选取

对于横桥向，在支座位置附近，是靠横梁来传 递荷载至下部结构的，横梁发生弯曲变形后，与其 相连的顶底板也发生相应的协调变形，但由于剪力

滞的存在，顶底板横向受力并不均匀，工况4恒载 作用下中横梁顶板横向应力云图如图\\所示。

图5中横梁顶板横向应力云图

根据对有效宽度的定义：

!(x，y) tdx) tamax

⑴

式中^为顶板厚度;！(e，t)为横梁顶板横向应力；!max为横梁顶板横向最大应力；f ^0

(E，T).E为横

梁顶板所受合力；1为横梁有效宽度;1+为横梁顶 板有效面积。

令1+ = >，通过计算横梁顶板有效面积可近似 求得横梁有效宽度。

表3

顶板有效面积计算结果

工况顶板合力/N

!m，MPaA/ mm2工况1-3.96E+06-2.251@6E+06工况22. 36E+061.36E+06工况34.52E+062.18

2.07E+06工况4

8. 01E+06

4.29

1.87E+06

顶板有效面积平均值> =1. B7E6 mm2，计算可 得中横梁有效宽度约为4.5 m，即中横梁的有效宽 度为）+2 x%2。其中，％为梁高，）为横梁厚度。# 4

横梁计算模式

通过对计算结果的数值分析，考虑支座位置对 各构件受力分配的影响，可以总结出一种横梁计算

模式，如图6与式(2$所示。

(1$腹板共传递约60%的总荷载。其中，40% 的总荷载由各个腹板均分，考虑到支座附近构件承 受的竖向荷载有所增加，剩余20%的总荷载作为腹 板加强集中力由靠近支承位置处的腹板承担。

(2$顶底板（包括倒角）共传递约40%的总荷

载。其中，顶底板正常分担的总荷载，剩余

15%的总荷载作为加强的均布力，作用在支座附近 的顶底板上。

)0 =40%F总)0强=2〇%3总)qL = 25% F

总

(# $

):强 L/ = 15% F总式中，0为腹板集中力；0强为腹板加强集中力；L

为顶底板均布力；L为桥宽；：强为顶底板加强均布 力；L为顶底板加强均布力作用长度；F总为恒载在 横梁上的总作用力。

3结论

根据以上对箱梁横梁的有限元分析，可以得到

如下结论：

(1 $横梁受力通过腹板共传递约60%

的总荷

载，通过顶底板共传递约4

0%

的总荷载。

(2$中横梁的有效宽度可以取）+

2

x%/2,其

中，％为梁高，）为横梁厚度。

(3)提出了一种新的计算模式。考虑支座位

置对横梁受力的影响，通过对支座附近的腹板和顶 底板分别施加加强的集中力和均布力，对支座位置 附近的构件传力进行调整。

参考文献

(

1 ]姚玲森，项海帆，顾安邦.桥梁工程[M].北京：人民交

通出版社，2008.[2 ]杨大海，王胜斌.扁平流线型箱梁横隔梁的受力特性

及使用计算方法[J].价值工程，2010,29(34):74-74.[3 ]刘泰松，史松磊.单箱多室箱梁横梁受力研究[J].城

市道桥与防洪，2012,8(8):331-334.

(责任编辑徐静）