大悬臂混凝土箱梁横向应力浅析

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发布时间：2021-09-09

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大悬臂混凝土箱梁横向应力浅析
冯小青，冯智楷，孙金
(河南省交通规划勘察设计院有限责任公司。郑州450052)
【摘要】结合湖北省某高速公路上已建大悬臂混凝土连续箱梁项目，运用FEA有限元程序建立该桥第五
联箱梁的空间实体模型，对箱梁在不同荷载作用下的应力变化做了总体研究；同时对该桥进行荷载试验，验证了
模型理论分析的结果。为以后解决类似工程项目分析与设计中的关键技术问题提供参考。
【关键词】大悬臂；悬臀长度；连续箱梁；荷载试验
【中图分类号】TU375．1 【文献标识码】B 【文章编号】1001 26864(2015)09-0102—03
目前，我国多个城市桥梁结构采用大悬臂宽幅连
续梁桥及各种鱼腹式、斜腹式箱梁桥，但城市基础建
设桥下可操作空间不足及桥下施工空间有限的弊端
也时刻限制着该种桥梁的广泛应用。因此，一种既节
省施工空间提高其空间利用率又兼顾美观要求的桥
梁形式—— 大悬臂混凝土连续箱梁应运而生。针对
该种新型梁桥，主要关注的问题集中于以下几点：
(1) 工程技术：悬臂端混凝土三向受力，应力分
布不均匀。
(2) 经济指标：预应力悬臂与普通混凝土悬臂
的材料成本。
(3) 施工工艺：大悬臂预应力施工技术是否满
足该种桥梁。 ’
(4) 工程意义：该箱梁结构因悬臂长度一般大
于6m，因此相比普通的混凝土箱梁其应力不稳定性比
较明显，工程中比较难以把握。
1 工程概况
本文以湖北省某高速公路上已建大悬臂混凝土
连续箱梁为研究背景。该桥梁是城市内环线唯一的
跨湖泊大桥，全长约2600m。该桥位于全长444．7m、
总宽12．7m的高架桥中，为单向行驶3车道。其中第
五联即为5×43m跨的预应力混凝土单箱双室结构，
该单箱双室结构路幅宽30m，悬臂长度达到lOm，桥面
由双向6车道的机动车道和非机动车道共同组成。活
载等级为公路一I级。截面形式为普通的等宽等高
箱梁截面，桥侧每隔一定距离设置一个厚0．3m的横
隔板，见图1，纵向预应力钢筋和横向预应力筋平均分
布于梁体。本项目桥梁悬臂相对比较大，因此箱梁的
横向受力问题十分突出。
计算荷载包括恒载(自重、预应力)和活载作用。
梁体结构预应力钢绞线分为横、纵向预应力钢绞线。
同时对该桥进行荷载试验，验证模型理论分析结果。
2 大悬臂混凝土箱梁横向应力分析
以本项目桥梁为设计依托，探讨大悬臂箱梁结构
在自重和汽车偏载作用下横向应力的变化规律。
图1 横截面示意图
横向三维实体模型建立依据：针对5 X 43m的单
箱双室结构，以首跨墩顶为截面中心，选取左右两个
相邻0．3m厚的横隔板之间长度为模型实体。整体
模型共有3万多个有效节点，5万多个实体单元。墩
顶处的底板中心设置一个固定支座，墩顶底板两端分
别设置两个单向活动支座，铰支座位于横隔板与对应
结构底板相交处。实体模型见图2。
图2 横向实体模型
材料的基本参数取值：混凝土标号：C50；弹性模
量： =3．45×10 MPa；泊松比： =0．2。
偏载加载的基本参数：取车辆后轴作用于墩顶支
座，横向车道布载，取140kN的集中力。活载加载示
意见图3。
(1) 自重作用下横向应力分析。根据箱梁的上
下缘应力分布曲线看出：悬臂下缘应力分布较均匀，
悬臂上缘应力在悬臂根部有明显峰值。应力集中现
象主要出现在悬臂根部。