分体式钢箱梁整体计算及局部构造优化

周 康 凌 意

（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司， 贵阳 贵州 550000）

0 引言

欧美许多发达国家在钢结构桥梁工程建设方面，已经取得了多方面的成就，国内的桥梁工程师、学者们也做了相当部分的研究和推广工作，近年来，伴随着我国钢材制造工艺水平和产量的提高，钢材的质量稳定性，强度、低温韧性等方面均有突出表现，而且钢结构施工具有快速化、工厂化、标准化的特点，这正和我国的桥梁总体朝着轻型化、装配化、美观化的发展方向不谋而合，钢材后期可以回收利用，更加符合绿色环保的时代主题，故以钢材为主材的桥梁得以飞速发展。本文以实际设计项目为依托，对分体式钢箱梁桥进行了整体验算，可供后续类似工程参考。

1 钢桥构造

本桥为上跨沪昆高速、燃气管线、石油管线等而设，桥梁总宽19.5m，结合贵州山区的特点，采用便于运输的分体式连续钢箱梁，跨径(42+70+42)m，箱梁等高，高跨比1/25，单箱宽2.1m。

顶板厚16mm，底板厚14mm，腹板厚14mm，顶板采用U 肋加板肋的形式加劲，底板采T 型肋加劲，腹板采用上下各一道L 型肋加劲布置，隔板间隔2.5m，隔板间腹板设竖向加劲肋一道。

2 结构受力分析及验算

钢箱梁受力比较复杂，为既保证计算精度又确保实际应用的可操作性，通常人为的讲箱梁划分为主梁体系（第一体系）、桥面体系（第二体系）、盖板体系（第三体系）三个体系分别进行简化计算，然后再进行应力叠加计算。

本次设计以桥梁博士V4 为计算工具，以各单箱为纵梁，隔板及横梁为横向联系，建立空间梁格模型，对桥梁结构在使用过程进行模拟分析。

2.1 模拟分析主要考虑荷载有：

恒载：钢箱梁自重；桥面铺装体系自重；桥面边、中防撞护栏自重。 活载：公路-I 级车，双向四车道。

支座沉降：±5mm。

温度荷载：整体升降温，梯度升降温。

结构重要性：一级。

2.2 结构验算采用下列荷载组合：

基本组合：1.2 恒载+1.4 活载+1.05 温度+1.0 支座沉降

标准组合：1.0 恒载+1.0 活载+1.0 温度+1.0 支座沉降

2.3 构件承载能力极限状态验算

钢箱梁由钢板焊接而成，为薄板结构，其中剪力滞和局部稳定效应对结构受力影响较为突出，可以通过计算截面有效宽度的方式来考虑剪力滞效应和局部稳定效应造成的截面折减。

在板件受拉区，仅考虑板件因剪力滞效应造成的截面折减；在板件受压区，应同时考虑截面因剪力滞效应和局部稳定效应造成的截面折减。

第一体系最大正应力（考虑剪力滞和局部稳定）为：

注：负值为拉应力，反之为压应力。

第二体系最大正应力为：

应力 最大应力 最小应力 单位：（Mpa） 39.70 -52.00

由于正交异性钢桥面板薄膜效应显著，第三体系力可忽略不计。

故纵梁使用过程中顶板最大拉应力为：178.24Mpa，最大压应力为：179.41Mpa；

纵梁使用过程中底板最大拉应力为：201.73Mpa，最大压应力为218.01Mpa.

腹板剪应力应按剪力流理论计算结果如下：

梁编号 中支点1 处最大剪应力（Mpa） 中支点2 处最大剪应力(Mpa) 左边梁 77.32 77.18 左中梁 52.85 52.84 右中梁 52.82 52.85 右边梁 77.20 77.06

故纵梁腹板最大剪应力为：77.32Mpa.

折算应力计算：

梁编号 纵梁最大折算应力（Mpa） 左边梁 220.01 左中梁 185.80 右中梁 185.67 右边梁 219.95

故纵梁最大折算应力为：220.01Mpa.

2.4 正常使用极限状态验算：

桥梁因直接承受汽车荷载作用，故应按照对应的疲劳细节进行疲劳验算，本项目采用疲劳模型1 进行疲劳计算：均布荷载为0.3qk，集中荷载为0.7Pk。

计算得各纵梁的疲劳应力幅如下表：

梁位 部位 疲劳正应力幅 （Mpa） 疲劳剪应力幅 （Mpa） 顶板 21.42 左边梁 底板 11.63 12.50 顶板 16.94 左中梁 底板 10.64 8.38 顶板 16.90 右中梁 底板 10.65 8.37 顶板 21.56 右边梁 底板 11.50 12.48

疲劳正应力幅：按横向对接焊焊缝疲劳细节进行验算：

疲劳剪应力幅：

结构竖向挠度验算

跨位 梁位 第一跨 （mm） 第二跨 （mm） 第三跨 (mm) 左边梁 18.357 40.612 18.364 左中梁 15.345 36.338 15.342 右中梁 15.347 36.340 15.342 右边梁 18.366 40.612 18.366

3 结语

通过本次模拟分析验算，可以有如下结论：

（1）该分体钢箱梁结构在荷载最不利组合下，顶板最大拉应力为178.24Mpa，顶板最大压应力为 179.41Mpa；底板最大拉应力为 201.73Mpa，最大压应力为218.01Mpa；

（2）腹板剪应力77.32Mpa；

（3）纵梁最大折算应力为220.01Mpa；

可以看出虽然箱梁整体受力满足规范要求，但墩顶底板处压应力和箱梁整体折算应力均比较接近极限值，且该位置为横、纵受力交汇处，受力复杂，故此应力状态偏于不安全，故对底板墩顶纵向8m 范围内进行局部加厚至20mm。建模验算可得：底板最大压应力为179.02Mpa，最大拉应力为193.23Mpa；纵梁最大折算应力为191.12Mpa，均满足规范要求且有合适的富余量。

（4）最大挠度为40.6mm；

（5）疲劳验算满足规范规定值；

可以由上看出，梁体变形和疲劳均满足桥梁正常使用极限状态要求。