變截面連續(xù)梁橋橫梁計(jì)算與配筋
關(guān)鍵詞：連續(xù)箱梁橋，橫梁，計(jì)算與配筋。
隨著我國交通運(yùn)輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，公路建設(shè)正處于高速發(fā)展時期。而近年來水運(yùn)以其低廉的運(yùn)輸成本也越來越得到重視，因而內(nèi)河航道等級不斷提高，這就要求跨越航道的橋梁跨徑也越來越大。變截面連續(xù)箱梁橋以其工藝成熟，施工方便，在跨越Ⅲ~Ⅴ級航道中得到廣泛的應(yīng)用。
箱梁橫梁的計(jì)算實(shí)質(zhì)上就是橋梁的荷載如何傳遞至橫梁的問題。目前工程設(shè)計(jì)中，變截面連續(xù)箱梁橋的計(jì)算一般采用橋梁博士軟件進(jìn)行計(jì)算，在完成縱橋向計(jì)算后，將計(jì)算所得恒載與車輛活載支反力按力平衡原理等代為永久荷載與汽車荷載，并加載于橫梁之上。
在橫梁計(jì)算中，不同的設(shè)計(jì)單位（或設(shè)計(jì)者）對于等代后的荷載在橫梁上的分布位置與荷載大小卻不盡相同，有的設(shè)計(jì)單位（或設(shè)計(jì)者）將永久荷載與車輛荷載全部按集中力加載于橫梁腹板位置；有的設(shè)計(jì)單位（或設(shè)計(jì)者）則近似將永久荷載的的80％等代為永久集中荷載加載于橫梁腹板位置，20％等代為均布永久荷載加載于整個橫梁，將車輛荷載支反力全部等代為汽車荷載并布置于橫向加載有效區(qū)內(nèi)。
上述兩種方法對支點(diǎn)處橫梁頂面負(fù)彎矩計(jì)算結(jié)果相差較大。第一種方法：將永久荷載與車輛荷載全部按集中力加載于橫梁腹板位置，未考慮車輛荷載的縱橫向不均勻分布，偏于不安全。第二種方法：將恒載20%等代為均布永久荷載并加載于整個橫梁，將車輛荷載支反力全部等代為汽荷載并布置于橫向加載有效區(qū)內(nèi)的計(jì)算結(jié)果，對翼緣板懸臂根部產(chǎn)生的彎矩和剪力均遠(yuǎn)大于按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD62-2004）5.2.2條及5.2.10條計(jì)算的翼緣板彎矩和剪力承載力值，而據(jù)目前的工程經(jīng)驗(yàn)，按此方法設(shè)計(jì)的橋梁并未發(fā)生破壞現(xiàn)象，故我們可初步得出結(jié)論：第二種計(jì)算方法的計(jì)算結(jié)果偏于保守。從理論上分析：大跨徑變截面連續(xù)箱梁橋面板懸臂部分為懸臂板，腹板中間部分長邊與短邊之比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2，故為單向板，無論是永久荷載還是車輛荷載，均是先由橋面板傳遞至箱梁腹板，然后再由腹板傳給橫梁，只有橫梁寬度范圍內(nèi)部分的荷載是直接作用于橫梁，因此第二種方法有明顯不合理之處。
通過以上分析可以得出，上述兩種方法均不太合理，與工程實(shí)際有一定的偏差。故筆者推薦橫梁計(jì)算時采用下述：
永久荷載：可將縱向計(jì)算所得的永久荷載扣除橫梁自重（待橫梁計(jì)算時再計(jì)入橫梁自重）后平均分配于各個腹板中心處。
車輛荷載：變截面連續(xù)箱梁橋橫梁的寬度一般為1.4～3.0米，按對橫梁受力最不利情況，順橋向可同時布置重車后兩軸，在將縱向計(jì)算所得的車輛荷載在橫梁上布置時應(yīng)考慮這一最不利情況，故車輛荷載可可分為兩部分，按下述方法折算：
1作用于橫梁橫向加載有效區(qū)內(nèi)的汽車荷載：
=280kN
F1：填入橋梁博士活荷載描述中汽車荷載橫向分布調(diào)整系數(shù)。
2作用于腹板位置活荷載：
式中：
N：縱橋向計(jì)算支反力，從橋梁博士計(jì)算結(jié)果中獲得，單位為kN。
μ：橋梁博士活荷載描述中汽車荷載橫向分布調(diào)整系數(shù)。
ηi：各腹板橫向分布系數(shù)，可按杠桿原理法或偏向壓力法計(jì)算。
F2：由于F2為集中力，可采用橋梁博士外部荷載描述中汽車土側(cè)力描述，采用其他外部荷載描述是應(yīng)注意分項(xiàng)系數(shù)與組合系數(shù)的不同。
在《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD62-2004）中，對跨高比l0/h<5的深受彎構(gòu)件的介紹很少（l0為跨徑，h為截面高度），特別是對l0/h<2.5的深梁幾乎沒有提及。而變截面連續(xù)箱梁橋的橫梁跨高比l0/h一般均小于2.5，許多橋梁設(shè)計(jì)人員對橫梁計(jì)算與配筋均按一般構(gòu)件實(shí)施，而忽視了橫梁是深受彎構(gòu)件這一特性，給工程帶來一定的安全隱患。
目前，橫梁配筋常用的設(shè)計(jì)方法是為了保證橫梁不產(chǎn)生裂縫，將橫梁橫橋向按一般受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)成全預(yù)應(yīng)力或部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，配置一定數(shù)量的預(yù)應(yīng)力鋼筋，但由于受構(gòu)件構(gòu)造及箱梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋的影響，預(yù)應(yīng)力鋼筋一般都集中在截面的某一、兩個高度處（見圖-1）。而實(shí)際上絕大部分荷載是通過腹板傳遞至橫梁的，腹板傳遞的剪力在腹板截面上有一定的規(guī)律，為抵抗由此向下的剪力產(chǎn)生的彎矩而配置的鋼筋，也應(yīng)該沿截面的高度按一定規(guī)律分布，而不應(yīng)該集中布置在某一、兩個高度處。由此可見，這種集中配置預(yù)應(yīng)力鋼筋做法存在明顯的不合理之處。而合理的橫梁鋼筋配置方法在相關(guān)的公路規(guī)范中也未提及。對此，我們可參照《鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB-2002）中有關(guān)深梁的規(guī)定執(zhí)行。
10.7.1l0/h<5的簡支鋼筋混凝土單跨或多跨連續(xù)梁宜按深受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)。其中，l0/h≤2的簡支鋼筋混凝土單跨梁和l0/h≤2.5的簡支鋼筋混凝土多跨連續(xù)梁稱為深梁，深梁除應(yīng)符合深受彎構(gòu)件一般規(guī)定外，尚應(yīng)符合本規(guī)范第10.7.6條到第10.7.13條的規(guī)定。
10.7.9鋼筋混凝土深梁的縱向受拉鋼筋宜采用較小的直徑，且宜按下列規(guī)定布置：
1單跨深梁和連續(xù)深梁的下部縱向鋼筋應(yīng)均勻布置在梁下邊緣以上0.2h的范圍內(nèi)。
2連續(xù)深梁中間支座截面的縱向受拉鋼筋宜按圖-2規(guī)定的高度范圍和配筋比例均勻布置在相應(yīng)高度范圍內(nèi)。
由此條規(guī)定我們可以看出：深梁正彎矩區(qū)段縱向受拉鋼筋應(yīng)均勻的布置在下緣以上0.2h范圍內(nèi)，而負(fù)彎矩區(qū)段的受拉鋼筋應(yīng)布置在上緣以下0.8h范圍內(nèi)，且隨l0/h的減小，鋼筋布置重心下移，而不是象一般構(gòu)件那樣，將鋼筋盡可能的布置在截面的上緣或下緣處。
此外，對深梁的鋼筋的最小配筋率，《鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB-2002）中也有明確的規(guī)定。
10.7.13深梁的縱向受拉鋼筋配筋率ρ（ρ=）、水平分布鋼筋配筋率ρsh（ρ=），和豎向分布鋼筋配筋率ρsv（ρ=）不宜小于表-1規(guī)定的數(shù)值。
深梁中鋼筋的最小配筋百分率（%）表-1
10.7.14除深梁以外的深受彎構(gòu)件，其縱向受力鋼筋、箍筋及縱向構(gòu)造鋼筋的構(gòu)造規(guī)定與一般梁相同，但其截面下部二分之一高度范圍內(nèi)和中間支座截面上部二分之一高度范圍內(nèi)布置的縱向構(gòu)造鋼筋宜較一般梁適當(dāng)加強(qiáng)。
由于受橫梁構(gòu)造、施工難度及外觀影響，用預(yù)應(yīng)力鋼筋代替普通鋼筋按《鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB-2002）10.7.9條規(guī)定布置較為困難，因此，筆者認(rèn)為：橫梁配筋宜按鋼筋砼構(gòu)件計(jì)算（內(nèi)力按前述方法計(jì)算，配筋計(jì)算方法參見《鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB-2002）10.7深受彎構(gòu)件相關(guān)規(guī)定），按10.7.9條配置普通鋼筋，且配筋率須滿足10.7.13條規(guī)定。同時，為了保證橫梁不開裂，尚應(yīng)配置一定數(shù)量的預(yù)應(yīng)力鋼筋（按部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)即可），為構(gòu)件提供一定的壓應(yīng)力儲備。
參考文獻(xiàn)：
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