鋼桁架作為箱梁橫隔板的研究

寶瑪扎那 趙一娜

（赤峰市交通運(yùn)輸局高等級公路管理處，內(nèi)蒙古 赤峰024000）

0 前言

在梁式橋中,箱梁因其整體剛度大，抗扭能力強(qiáng)，逐漸被普遍使用，為了保證箱梁的橫向剛度，箱梁的腹板之間要設(shè)橫向連接，橫向連接通常在梁端或連續(xù)梁中點(diǎn)截面處，當(dāng)在墩臺(tái)截面時(shí)稱為橫隔梁，在墩臺(tái)截面以外其稱為橫隔板[1]。因箱梁跨徑較大，在跨中位置橋面的橫向聯(lián)系較弱，所以應(yīng)該增加必要的橫向聯(lián)系，使橋面受力更趨合理。

1 問題的提出

橫隔板一般為混凝土結(jié)構(gòu)，其厚度一般為0.3～0.6m[2]。如果以12m寬箱梁，跨中截面2.5m，橫隔板厚0.5m，那么這塊橫隔板的自重將達(dá)35噸.，而且正處跨中，給箱梁受力帶來極大的不利。在這在橫隔板里需要張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋束，加上施工控制未能完全達(dá)標(biāo)，易產(chǎn)生沿橫隔板“過人洞”邊緣的豎向裂縫，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生貫通，一旦貫通，橫隔板將徹底失去橫向聯(lián)系的作用。墩臺(tái)截面的橫隔梁需承擔(dān)巨大的剪力，必須建造堅(jiān)實(shí)的橫隔梁，其厚度一般在1.5～2.5m，以提高其抗剪能力。而跨中截面剪力較小，不需要堅(jiān)實(shí)的橫隔板，橫隔板太厚重，反而會(huì)增加太多的恒荷載，給橋梁結(jié)構(gòu)帶來不利影響。橋梁橫隔板若設(shè)置不當(dāng)造成裂縫貫通，將不能起到將強(qiáng)橫向聯(lián)系的作用，增加的自重帶來的負(fù)面影響將遠(yuǎn)大于增強(qiáng)橫相聯(lián)系帶來的積極作用。因此必須解決橫隔板自重大，易開裂的問題，應(yīng)該尋找一種更合理的結(jié)構(gòu)——自重輕，剛度大，承載能力高，并能夠起到橫向聯(lián)系作用的新結(jié)構(gòu)。

2 鋼桁架代替混凝土橫隔板

2.1 桁架模型

鋼材具有很好的抗拉性能，同時(shí)型鋼的抗壓能力也很強(qiáng)，因此用型鋼制作的鋼桁架既有拉桿又有 撐桿，鋼材利用率較高，具有較強(qiáng)的支撐能力，并且結(jié)構(gòu)自重輕。在同樣的的承載能力下，鋼桁架的重量遠(yuǎn)小于混凝土的重量。在實(shí)際工程中，在箱梁跨中需要做成空間桁架，沿梁長方向長度1m左右為宜。施工簡單，在箱梁澆筑時(shí)預(yù)先埋置剪力鍵，等到混凝土具有一定強(qiáng)度后，再焊接桁架。剪力鍵采用栓釘剪力建，栓釘?shù)尼敆U直徑一般為12～25cm，常用的直徑為16～19mm。所選用的頂桿直徑不宜超過被焊鋼梁一般厚度的2.5倍；栓釘高度與栓釘直徑之比應(yīng)不小于4。栓桿上部做成大頭或彎鉤，大頭直徑不得小于栓桿直徑的1.5倍[3]。

2.2 受力分析

2.2.1 恒載分配計(jì)算

把橫隔板及頂板前后各一部分截取出來作為隔離體，作用在橫隔板上的力等于每個(gè)腹板前后截面上的剪力之與頂板重力之和。恒載在整個(gè)橋上的分布是均勻的，如果箱梁的各腹板間距相等，各個(gè)腹板承受的豎向力雖然可能不完全相等，但其分布一定是均勻的，因此可以把橫隔板所受的恒載豎向力均分于各個(gè)腹板。

2.2.2 活載分配計(jì)算

汽車活載最不利時(shí)應(yīng)該是車輪重軸直接壓在橫隔板上產(chǎn)生的，活載的分布以輪距為準(zhǔn)，靠近該橫隔板的車軸產(chǎn)生的效應(yīng)擴(kuò)散范圍有限，也可以按輪距分布荷載，以上部分車輛荷載占了橫隔板荷載的絕大部分。另外距離橫隔板較遠(yuǎn)的車軸的荷載是通過縱梁腹板傳遞到橫隔板上的，這部分荷載占橫隔板荷載的較小部分，而且荷載在腹板上的分布規(guī)律也比較復(fù)雜，為簡化計(jì)算，把這部分荷載也按輪距分布[4]。總之，汽車活載以輪距為準(zhǔn)按橫隔板影響線布置，因此活載反力最大值等于作用在橫隔板上的車列活載豎向力之和。

2.3 計(jì)算原理

2.3.1 計(jì)算截面

大量計(jì)算表明，橫隔板的矩形截面通常只負(fù)擔(dān)了全部荷載產(chǎn)生的65%的效應(yīng)[5]。剩余部分的荷載效應(yīng)由旁邊橫隔板加腋及橋面板承擔(dān)。因此為了使計(jì)算模型更符合實(shí)際情況，通?？梢匀M隔板厚度以外向兩側(cè)各6倍箱梁頂板厚度作為受力分析的對象。

2.3.2 計(jì)算模型

把橫隔板作為隔離體，將橫隔板看作簡支梁、懸臂梁或連續(xù)梁。見圖1所示。

2.4 桁架強(qiáng)度計(jì)算

根據(jù)以上步驟計(jì)算得到的內(nèi)力，偏遠(yuǎn)全考慮，可按照容許應(yīng)力法計(jì)算桁架形式及截面尺寸。容許應(yīng)力法可用下式表示：

σ（N.S）≤[σ]

N——最不利的設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（不計(jì)荷載安全系數(shù)）引起的內(nèi)力；

S——構(gòu)件截面幾何特征值；

σ——由設(shè)計(jì)內(nèi)力引起的結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力，是N和S的函數(shù)；

[σ]——材料的容許應(yīng)力，其數(shù)值等于材料的極限強(qiáng)度初一安全系數(shù)K，一般取K=2～3。

3 結(jié)語

在已建成的許多連續(xù)梁橋中,橫隔板裂縫出現(xiàn)貫通的現(xiàn)象并不少見,這將大大削弱混凝土橫隔板的橫向聯(lián)系作用。本文所研究的理論解決了這個(gè)問題，利用鋼桁架代替混凝土橫隔板，不但減輕自重，而且不存在貫通裂縫的問題，通過設(shè)置剪力建，可以方便的焊接桁架，施工簡單，容易控制。計(jì)算理論是在已有的橫隔梁計(jì)算的基礎(chǔ)上加以擴(kuò)展，引入容許應(yīng)力法，就可以確定桁架的形式及截面尺寸。因此計(jì)算上難度相對較低，施工上相對容易，值得推廣。可以在1/4跨及3/4跨的位置增加鋼桁架，以增加更多的橫向聯(lián)系。

［1］范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京：人民交通出版 社,2001：247-271.

［2］周水興,何兆益,等,編.路橋施工計(jì)算手冊[M].北京：人民交通出版社,2001：125-168.

［3］黃橋.橋梁鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京：人民交通出版社,2004：40-53.

［4］張繼堯,王昌將.懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋[M].北京：人民交通出版社,2004：40-53.

［5］王豐華,謝明,張光華.重慶大佛寺長江大橋主橋橫梁預(yù)加應(yīng)力計(jì)算方法分析[J].公路交通技術(shù),2004(2)：44-471.