超寬翼緣單箱多室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究

摘要：隨著中國高速公路和城市公路的快速發(fā)展，高架公路和高速公路出入口被廣泛使用。預(yù)應(yīng)力混凝土曲線位橋是現(xiàn)代交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要橋梁形式。重要研究理論例如：曲線梁橋的基本理論和計(jì)算方法，彈性薄壁結(jié)構(gòu)理論，平面彎曲梁的平面微分方程，圓弧微分方程。還對(duì)廣泛使用的結(jié)構(gòu)分析有限元方法進(jìn)行了理論基礎(chǔ)和開發(fā)。因此，使用有限元分析程序建立結(jié)構(gòu)模型，計(jì)算影響預(yù)應(yīng)力混凝土曲梁橋應(yīng)力的主要原因，并使用參數(shù)變動(dòng)法進(jìn)行比較。對(duì)曲率半徑，支撐偏移配置，安裝支撐的設(shè)定，系統(tǒng)溫度，溫度梯度配置以及影響彎曲橋應(yīng)力有很大的影響。

關(guān)鍵詞：超寬翼緣單箱，預(yù)應(yīng)力，混凝土，關(guān)鍵技術(shù)，現(xiàn)狀分析.

一、引言

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱位橋被廣泛用于大的橫向扭轉(zhuǎn)剛度，變形，平滑對(duì)齊，簡單的施工技術(shù)和合理的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)。目前，在長位橋上，長的懸臂梁和寬幅箱部被廣泛使用，減少了自重，便于建設(shè)。隨著城市交通需求的增加，城市的過多使用了長的懸臂梁和大的箱位數(shù)剖面。由于大的間隔，寬的橫向和薄的箱位壁，這種寬的箱位在橋的橫向上具有剪切延遲效應(yīng)，導(dǎo)致不均勻的橫向應(yīng)力分布。獲得有效寬度的方法多為差分法，能量波動(dòng)法，類比法等。這些方法通常需要求解微分方程。

二、混凝土箱梁設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

2.1、國內(nèi)外預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的發(fā)展

國外自第一次產(chǎn)業(yè)革命以來，由于高強(qiáng)度鋼、高強(qiáng)度水泥的發(fā)明和高速發(fā)展，混凝土橋、預(yù)應(yīng)力混凝土橋和鋼橋也蓬勃發(fā)展。1930年代以后，預(yù)應(yīng)力混凝土箱位橋是法國和德國最先建造的。1937年（昭和11年），建成了33m跨度的重型鋼筋混凝土單純支撐梁橋和69m跨度的加固懸臂橋。1960年代中期以后，在德國的萊茵河上，通過坎德貝克·比林法建設(shè)，懸臂注入法和懸臂施工法連續(xù)提高，完成并普及。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋是許多國家廣泛使用的橋的類型之一。世界最大的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋是1994年建成的挪威的橋，260米的主墩距。擁有301米主要跨度的橋曾經(jīng)是挪威最大的連續(xù)堅(jiān)硬的框架橋。目前，擁有阿根廷巴拉圭橋、楊達(dá)橋、濱橋等200米以上跨度的預(yù)應(yīng)力混凝土橋，與預(yù)應(yīng)力混凝土箱體拱橋的開發(fā)趨勢(shì)相比，為數(shù)不多。

2.2、預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁裂縫研究的意義

由于車輛和環(huán)境的連續(xù)影響，混凝土橋必然會(huì)出現(xiàn)一些不同的疾病特性。對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱位結(jié)構(gòu)，應(yīng)該注意結(jié)構(gòu)的裂紋問題?，F(xiàn)在，橋梁和位數(shù)領(lǐng)域中，結(jié)構(gòu)裂紋問題最受關(guān)注。裂紋的出現(xiàn)和發(fā)展會(huì)造成鋼筋腐蝕和結(jié)構(gòu)外觀的損傷、結(jié)構(gòu)物的衰弱或損失。橋梁結(jié)構(gòu)的崩潰主要從裂縫擴(kuò)大開始。裂紋對(duì)橋梁性能的影響是多方面的。一個(gè)是對(duì)橋梁服務(wù)性能的影響。裂紋降低了橋梁的剛性，增加了變形，中跨度偏轉(zhuǎn)超過了極限，這影響了正常使用。嚴(yán)重的裂紋問題導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的支撐力下降，影響橋梁的安全性能。另一個(gè)是對(duì)橋梁的耐久性和使用壽命的影響。

2.3、預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁常見裂縫及問題分析

橋病的正確診斷是加強(qiáng)橋的重要前提條件。橋損傷的原因伴隨著很多因素和側(cè)面，而且與很多領(lǐng)域有很大的關(guān)聯(lián)性。很多理論和實(shí)驗(yàn)表明，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的損傷和破壞一般從混凝土的裂縫開始。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)有許多類型的裂紋，但通常是由于外部負(fù)荷引起的結(jié)構(gòu)裂紋。第二種類型是結(jié)構(gòu)裂紋，第二種類型是由于變形引起的非結(jié)構(gòu)性裂紋。本質(zhì)和損傷效果的兩種裂縫之間有明顯的區(qū)別。有時(shí)，他們會(huì)作為一種類型出現(xiàn)，但有時(shí)，他們會(huì)一起混在一起。在這兩種類型的裂紋中，變形引起的非結(jié)構(gòu)性裂紋是主要部分，約占80%的由負(fù)載引起的結(jié)構(gòu)裂紋占約20%的小比例。

三、超寬翼緣單箱多室有限元分析

3.1、寬翼緣薄壁箱梁的剛性扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分析

一定斷面的箱位不受縱向限制，扭矩起作用時(shí)，斷面可以凸或自由凹下時(shí)的扭曲被稱為箱位的自由扭轉(zhuǎn)。一般來說，箱位橫截面的板厚較大，或者在扭向時(shí)有為了不使橫截面的周圍變形而粘在一起的角。自由扭轉(zhuǎn)被認(rèn)為是沒有縱向約束的剛性旋轉(zhuǎn)的一種。扭簧下僅產(chǎn)生扭剪應(yīng)力，但不產(chǎn)生縱向法線應(yīng)力。光束具有縱向位移，但是沒有縱向變形。箱位端部如果有強(qiáng)烈的隔膜，一旦產(chǎn)生扭曲，自由凹形的凸部就會(huì)被限制，長度方向的纖維會(huì)受到拉伸和壓縮。這種現(xiàn)象被稱為箱位的拘束螺絲。約束扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生約束扭曲法線應(yīng)力，可以抑制扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力。受約束的扭向應(yīng)力通常存在于平坦或狹窄的箱位或可變部分箱位中。橫截面的法向應(yīng)力沒有均勻分布，導(dǎo)致伴隨桿的彎曲和彎曲的剪切流。

3.2、寬翼緣薄壁箱梁的畸變應(yīng)力分析

使用長跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱位橋可以提高跨度容量，因此箱位的大小變輕，變薄的同時(shí)，為了容易構(gòu)造，減少重量，跨度之間的隔膜數(shù)少的情況下不能滿足箱位部不變形的要求。在反對(duì)稱載荷的作用下，區(qū)域不僅會(huì)扭曲還會(huì)變形。扭曲伴隨著扭曲。由于應(yīng)變的存在，橫截面彎曲，產(chǎn)生縱向彎曲法線應(yīng)力和彎曲剪切應(yīng)力，同時(shí)也產(chǎn)生橫向應(yīng)力。國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了箱位變形應(yīng)力分析的工作。分析方法是廣義坐標(biāo)法，彈性基礎(chǔ)梁類推法等，數(shù)值方法包括有限帶板法，有限元法，差分法。

3.3、有限元模型

使用耦合有限元模型建立模型?？紤]到模型的計(jì)算尺度，選擇了三個(gè)跨度模型。箱位混凝土和軸承環(huán)塊采用了固態(tài)元素，預(yù)壓式鋼酮采用了框架元素。預(yù)應(yīng)力鋼梁單元和箱位混凝土單元在共同節(jié)點(diǎn)處處理。通過冷卻鋼梁單元來模擬預(yù)應(yīng)力載荷。冷卻值是指用于調(diào)試和應(yīng)用的鋼梁橋應(yīng)力的整體計(jì)算。在固態(tài)模型中，考慮到軸承的支撐尺寸，用固態(tài)元件模擬了軸承的有效環(huán)塊，并考慮了法向橋墩上部的峰值切割效應(yīng)。這在高速公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋及卡爾伯特（JTG D62-2004）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的中規(guī)定。

3.4、分析結(jié)果

由于延遲現(xiàn)象與結(jié)構(gòu)形式，截面尺寸，負(fù)載形式和截面位置有關(guān)，所以分析了各種單載荷和主組合下不同截面位置的剪切延遲系數(shù)。綜合研究了每個(gè)位置的剪切延遲系數(shù)，表明最明顯的剪切延遲效應(yīng)是橋墩上部的截面，也是負(fù)彎曲矩的最大部分。顯示了橋墩頂部邊緣的橋接方向法線應(yīng)力的分析結(jié)果，并與包括剪切延遲的模型進(jìn)行比較。在死路（減去預(yù)壓）的條件下，沿著箱位的橋接方向的垂直應(yīng)力，在棧橋上部的峰值拉伸應(yīng)力為7.22MPa的單個(gè)預(yù)應(yīng)力負(fù)載下，沿著箱位的橋接方向的垂直應(yīng)力。

四、小結(jié)

由于棒模型分析不能反映結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，所以計(jì)算和分析需要固態(tài)有限元模型。根據(jù)分析結(jié)果，根據(jù)類A部件控制橫向應(yīng)力，確定了緊固肋條寬度，剛性肋條的間隔和橫向壓力的配置。如果橫雙列支撐體的中心間隔太小，則需要確認(rèn)支撐體的主光束的跌倒和最小支撐反應(yīng)。當(dāng)前沒有明確規(guī)定主光束的整體反倒置檢查計(jì)算。假定主光束整體具有剛性，并根據(jù)矩平衡法（杠桿法）進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋z查計(jì)算。這種計(jì)算方法可以用作同樣橋梁的檢修計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。

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作者簡介：馬莉骍，1982.9-），女，漢族，湖北武漢人，副教授，博士，主要從事鐵道工程研究

基金項(xiàng)目：（武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院招標(biāo)，超寬翼緣單箱多室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)在鐵路施工中的應(yīng)用研究，QZB202004）