1、箱梁有效寬度研究謝寶來 孫東利(天津市市政工程設計研究院，天津300051)【摘 要】箱形截面梁受彎時，在橫橋向由于剪滯效應，貼近腹板的翼緣法向應力與腹板的法向應力相同，離腹板愈遠則愈小。這種分布對于大箱眼的單箱單室箱梁非常明顯，規范也做了相關的規定，但是，在單箱多室及單箱單室的小箱眼箱梁中，因受腹板分布及支撐位置的影響，其應力分布十分復雜，應在設計中和構造上給予足夠的重視。【關鍵詞】箱梁 有效寬度 剪滯效應 矮塔斜拉橋一、 研究模型的建立方法模型采用空間20節點的塊單元，按橋梁的實際情況進行模擬。箱梁的橫隔梁起著連接各條腹板的作用，在一定情況下減弱了剪滯效應，因此在研究模型上要充分考慮，使其

2、更加和實際情況相符。本文不考慮活載及體內預應力影響，當考慮時，活載可以按效應進行擴大，體內預應力也可以按疊加原理加上去，畢竟每條腹板的體內預應力配置均相同。對于矮塔斜拉橋建模，按一次成橋考慮，拉索拉力按外載荷進行加載。(一) 單箱多室箱梁橋梁寬度16.5m，梁高2m，懸臂2m，跨徑為等跨40m預應力鋼筋混凝土箱梁，分別模擬單支點、雙支點和線支撐，雙支點支座間距8.5m，最大箱眼凈矩3.4m。(二) 單箱單室箱梁橋梁寬度8m，梁高1.4m，懸臂2m，跨徑為等跨25m普通鋼筋混凝土箱梁，分別模擬單支點、雙支點和線支撐，雙支點支座間距3m，最大箱眼凈矩3m。(三) 單箱單室大箱眼箱梁橋梁寬度16.5

3、m，梁高3m，跨徑為等跨55m預應力鋼筋混凝土箱梁，分別模擬單支點、雙支點和線支撐，雙支點支座間距3m，最大箱眼凈矩7m。(四) 矮塔斜拉橋橋梁寬度33.5m，梁高5.253m，跨徑為90.5+150+90.5m預應力鋼筋混凝土箱梁，按實際情況模擬，支座間距4m，最大箱眼凈矩5.55m。斜拉索為單索面布置，每個橋塔處為12對，每對橫橋向1.2m間距布置2根OVM250AT-61鋼鉸線拉索，每對拉索張拉力為12000kN。二、 單箱多室箱梁的有效寬度(一) 受支撐形式和位置的影響較大當橋較寬時，單支點支撐對箱梁頂板應力的影響較大，受橫梁影響，鋒值向梁中線靠攏，其大小比平均應力大2.5MPa左右。

4、當采用雙支點時，應力分布還是比較均勻的。但是無論采用何種支撐方式，其懸臂處的應力均較小。圖1 單箱多室箱梁中支點處上緣應力分布圖表1 單箱多室箱梁中支點處上緣應力特性編號支撐形式最大應力(MPa)最小應力(MPa)應力差(MPa)有效寬度(m)有效寬度/全寬1單支點9.815.724.0912.200.742雙支點7.905.242.6614.550.883線支撐7.555.202.3515.070.91(二) 頂板剪滯效應不明顯可以看到，當支撐條件較好時，此種箱梁的頂板剪滯效應并不明顯，線支撐無明顯鋒值出現，這是因為箱眼較小，整體受力協調。(三) 懸臂板剪滯效應明顯因懸臂板為自由端，受剪滯效

5、應影響較明顯，應力水平較低，按面積等效的原理，計算和配筋應當考慮，計算寬度按懸臂寬度的50%給予考慮。(四) 研究結論1. 寬箱梁不宜采用單支點的支撐形式，當必須采用時，計算模型應當采用梁格法，平面桿系的計算結果誤差太大。如果采用平面桿系進行計算，則支點處應力應當給予適當的安全儲備。2. 寬箱梁的箱眼凈距不宜超過3.5m，這種構造使我們不必要考慮頂板的剪滯效應。3. 應當盡量增加支點個數，這樣使箱梁應力分布更加均勻。4. 計算寬度為橋寬減去兩側懸臂寬度的一半，布置其內鋼筋為有效鋼筋。三、 單箱單室箱梁的有效寬度(一) 受支撐形式和位置的影響不大經計算分析，支撐形式和位置的影響不大，受橫梁影響，

6、鋒值向梁中線靠攏。圖2 單箱單室箱梁中支點處上緣應力分布圖表2 單箱單室箱梁中支點處上緣應力特性編號支撐形式最大應力(MPa)最小應力(MPa)應力差(MPa)有效寬度(m)有效寬度/全寬1單支點5.142.872.276.330.792雙支點4.642.691.956.640.833線支撐4.822.742.086.520.82(二) 頂板剪滯效應不明顯從圖2可以看出，頂板剪滯效應不明顯，箱眼還有增大的潛力，可以由3m增加到3.5m。(三) 懸臂板剪滯效應明顯因懸臂板為自由端，受剪滯效應影響較明顯，應力水平較低，按面積等效的原理，計算和配筋應當考慮，計算寬度按懸臂寬度的50%給予考慮。而且從

7、應力圖上可以看出，其懸臂長度偏大，8m橋寬的箱梁多用于彎橋中，減小懸臂，增加了截面抗扭慣量及減小了剪滯效應，可以說是一舉兩得。(四) 研究結論1. 受支撐形式和位置對剪滯效應影響不大。2. 箱眼凈距不宜超過3.5m。3. 應當盡量減小懸臂長度，這樣使箱梁應力分布更加均勻。4. 計算寬度為橋寬減去兩側懸臂寬度的一半，布置其內鋼筋為有效鋼筋。四、 單箱單室大箱眼箱梁的有效寬度(一) 受支撐形式和位置的影響不大經計算分析，支撐形式和位置的影響不大，基本不受橫梁影響，鋒值在腹板的正上方。圖3 單箱單室大箱眼箱梁中支點處上緣應力分布圖表3 單箱單室大箱眼箱梁中支點處上緣應力特性編號支撐形式最大應力(MP

8、a)最小應力(MPa)應力差(MPa)有效寬度(m)有效寬度/全寬1單支點10.176.084.0913.900.842雙支點10.366.493.8713.830.843線支撐11.057.083.9713.440.81(二) 頂板和懸臂板的剪滯效應明顯因懸臂較長和箱眼較大，頂板和懸臂板的剪滯效應非常明顯，此類箱梁要考慮剪滯效應，新的混凝土規范中有詳細的計算方法與說明。五、 矮塔斜拉橋的有效寬度(一) 中支點的有效寬度上緣出現負剪滯效應，應力幅在2MPa以內，基本上可以不考慮。下緣虛線為支座產生的局部應力，局部效應本文將不給予考慮。上緣的計算寬度為27.43m，下緣的計算寬度為10.80m。

9、圖4 中支點上下緣正應力分布圖(二) 拉索處的有效寬度此拉索為全橋傾角最大的拉索，離塔最近，從此根拉索開始，負剪滯效應逐漸增加，最后再變小，到無索區將變為正剪滯效應。上緣的計算寬度為29.41m，下緣的計算寬度為14.14m。圖5 拉索處上下緣正應力分布圖(三) 跨中的有效寬度剪滯效應增大，主要受到拉索外力引起的，上緣的計算寬度為19.14m，下緣的計算寬度為14.45m。圖6 跨中上下緣正應力分布圖(四) 邊支點的有效寬度其懸臂板的剪滯效應增大，上頂板和下底板應力分布均勻。上緣的計算寬度為21.64m，下緣的計算寬度為14.30m。圖7 邊支點上下緣正應力分布圖(五) 計算結論表4 各個截面

10、有效寬度計算結果位置最大應力(MPa)最小應力(MPa)應力差(MPa)有效寬度(m)有效寬度/全寬中支點上緣-6.08-3.952.1327.430.82下緣0.600.100.5010.800.65拉索處上緣-8.57-6.611.9629.410.88下緣-1.45-0.760.6914.140.86跨中上緣6.442.384.0619.140.57下緣-7.14-5.411.7314.450.88邊支點上緣-2.130.022.1121.640.65下緣3.112.400.7114.300.871. 對于多箱室的斜拉橋來說，上下緣的剪滯效應并不明顯，主要受箱眼大小及拉索位置影響，沒有規律性(因這種大橋同截面的較少)，因此針對特定的橋梁需要做專門的分析來確定。2. 對于矮塔斜拉橋體系，還經常出現負剪滯效應，主要出現在中支點及拉索處。3. 對于懸臂板采用撐板的結構體系，其計算寬度在無索區按一半考慮，有索區按全寬計算。4. 懸臂板受力復雜，在計算及構造上應給予足夠的重視。參考文獻1 公路橋涵設計通用規范（JTG D60-2004）北京：人民交通出版社 20042 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(JTG D62-2004)北京：人民交通出版社 20043 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(JTG D62-2004) 條文應用算例 袁倫一