（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074）

預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁剪力滯效應(yīng)分析

袁 航

（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074）

隨著預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋向長懸臂板、大肋間距的簡潔型單箱單室截面方向發(fā)展，箱梁翼板剪力滯效應(yīng)將更為嚴(yán)重。本文以某座三跨變截面連續(xù)寬箱梁橋為工程背景，通過對比Midas Civil和Midas FEA計算結(jié)果，分析了箱梁翼板豎向彎曲應(yīng)力的空間分布特征，發(fā)現(xiàn)不同荷載條件下箱梁翼板剪力滯效應(yīng)不同。

梁橋；預(yù)應(yīng)力混凝土；寬箱梁；剪力滯；翼板有效寬度

1 引言

我國現(xiàn)行橋梁設(shè)計規(guī)范中尚缺乏關(guān)于確定寬箱梁有效分布寬度的合理計算方法，從而在進(jìn)行橋梁配筋設(shè)計時將產(chǎn)生一定誤差并對結(jié)構(gòu)安全不利0~錯誤！未找到引用源。。因此在設(shè)計橋梁時如果不考慮剪力滯效應(yīng)對橋梁整體結(jié)構(gòu)的影響，其結(jié)果將會導(dǎo)致橋梁在日常運(yùn)營當(dāng)中存在著潛在危險。本文以一座48m+80m+48m預(yù)應(yīng)力混凝土為例，通過建立空間實體模型來研究在多種工況下寬箱梁的剪力滯效應(yīng)，并分析在初等梁理論基礎(chǔ)下計算寬箱梁的應(yīng)力的局限性。

2 有限元模型建立

1.1模型驗證

本文采用Midas Civil和Midas FEA有限元分析軟件分別對該橋進(jìn)行有限元模型模擬并對其進(jìn)行相應(yīng)分析，根據(jù)該三跨變截面連續(xù)箱梁橋設(shè)計要求，梁體采用C60混凝土其容重γ=26kN/m，彈性模量E=3.4554e4MPa。預(yù)應(yīng)力鋼束采用strand1860 鋼絞線其容重γ=78.5kN/m，彈性模量E=1.95e5MPa。根據(jù)不同軟件特性，采用Midas Civil建立三跨變截面連續(xù)箱梁橋的梁單元模型而采用Midas FEA軟件則建立相應(yīng)的三跨變截面連續(xù)箱梁橋?qū)嶓w模型，通過對比兩種模型在相同受力狀態(tài)下的計算結(jié)果再進(jìn)行詳細(xì)分析，其中模型如下圖所示。

圖1 混凝土梁體單元劃分圖

通過對Midas Civil和Midas FEA各軟件所計算的各控制截面的彎矩、應(yīng)力進(jìn)行分析、比較、驗證，發(fā)現(xiàn)在不同的荷載工況荷載作用下Midas Civil和Midas FEA計算得到的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵控制截面的豎向彎矩基本一致，誤差均較小，這一方面證明了Midas FEA模型的正確性和有效性，同時也說明采用梁單元模型可以準(zhǔn)確的計算梁體截面內(nèi)力，同時對下一步本文所分析的預(yù)應(yīng)力寬箱梁剪力滯效應(yīng)的準(zhǔn)確性提供保障。

3 箱梁剪力滯效應(yīng)分析

3.1應(yīng)力分布

為評價彎曲正應(yīng)力沿寬箱梁翼緣的不均勻分布情況，特定義剪力滯系數(shù)λ和應(yīng)力差Δσ有公式（1,2）其中：σ為同一高度處彎曲正應(yīng)力的平均值；σmax和σmin分別為同一高度處彎曲正應(yīng)力的最大值和最小值。

寬箱梁在不同的荷載工況下應(yīng)力分布表現(xiàn)不同，對剪力滯效應(yīng)的大小影響也有差異。為了有效分析剪力滯效應(yīng)，本文分別計算分析自重、縱向預(yù)應(yīng)力、二期恒載、汽車荷載、溫度五種荷載效應(yīng)在控制截面處彎曲正應(yīng)力的分布規(guī)律。表1分別給出了自重荷載、縱向預(yù)應(yīng)力荷載、二期荷載、溫度以及車輛荷載作用下各控制截面上下緣相應(yīng)剪力滯系數(shù)λ，從表中數(shù)據(jù)可以看出在各荷載工況作用下剪力滯系數(shù)在大部分截面均大于1.1，其中預(yù)應(yīng)力與溫度荷載作用下的剪力滯效應(yīng)表現(xiàn)更為突出錯誤！未找到引用源。。這表明剪力滯效應(yīng)產(chǎn)生的影響使得寬箱梁橫向應(yīng)力分布與初等梁理論所得結(jié)果的具有顯著差異。因此在橋梁設(shè)計時，剪力滯效應(yīng)的影響必須引起注意。

表1 各控制截面剪力滯系數(shù)λ

4 結(jié)論

本文通過采用有限元分析軟件Midas Civil和Midas FEA對某工程箱梁進(jìn)行空間力學(xué)行為精細(xì)化分析，分析了各荷載工況下的應(yīng)力分布規(guī)律，并計算了該箱梁在各控制截面在不同荷載工況下的剪力滯系數(shù)，通過對應(yīng)力分布及剪力滯系數(shù)的分析發(fā)現(xiàn)，在不同荷載條件下箱梁的不同位置處剪力滯系數(shù)差異明顯，因此在工程中對于不同位置處的箱梁應(yīng)力也具有較大差別，在應(yīng)力較大截面處需要適當(dāng)增加防護(hù)措施，在設(shè)計當(dāng)中需要引起重視。

[1]項海帆. 高等橋梁結(jié)構(gòu)理論[M].北京:人民交通出版社, 2013

[2]JTG D62－2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].北京:人民交通出版社，2004：

[3]張士鐸,鄧小華.王文州. 箱形薄壁梁剪力滯效應(yīng)[M].北京:人民交通出版社,1998 （Zhang Shiduo，

[4]藺鵬臻.混凝土箱梁剪力滯效應(yīng)的分析理論與應(yīng)用研究[D].蘭州:蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院,2011

[5]陳鴻鳴，喬靜宇．混凝土箱梁橋剪力滯研究現(xiàn)狀與發(fā)展[D]：結(jié)構(gòu)工程師，2011，27(01):161-166

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