箱橋整體性好,其混凝土壓力區能更好地承受正、負轉矩,在一定截面面積下能獲得較大的彎曲轉矩,扭曲剛度大,在偏心活載作用下各梁肋的力也比較均勻其主要設計構想是從扭轉剛度大的箱梁上挑出足夠長的懸臂,不僅滿足了使用要求,而且經濟指標優越,最大限度地減少了橋墩身體和基礎寬度。因此,廣泛應用于江浙運河一帶大中跨徑橋的設計,隨著現代城市高架橋的快速發展,目前箱梁的發展也逐漸趨向于大箱懸臂板的形式。
一、懸臂板結構受力狀況分析
1.1懸臂板彎曲分析
在結構設計中,往往將復雜的空間結構簡化為直觀的平面問題進行考慮,但復合式箱式懸臂橋是空間結構。懸臂板與腹板之間的結構高度發生突變,兩者的形心跳躍,恒活載在箱梁截面內各部件的內力和應力變化非常復雜。采用電算時,分析箱梁作為整體空間結構,其縱向受力計算通常只考慮板的整體彎曲結構檢查,忽視懸臂板受力的不均勻性,其主要受力部位的縱向彎曲往往成為結構計算的盲點。
如圖2所示的箱梁懸臂板在恒活載作用下,除了橫向彎曲變形外,縱向彎曲變形也很常見。箱梁懸臂板為薄壁部件,高度不足梁高的三分之一,但傳遞較大的垂直和水平應力,成為上部結構的弱部分,懸臂根部產生應力集中和裂紋。懸臂板橫截面設計時,懸臂的長度和端部的厚度通常參照相關圖表,根據橫向預加應力和鋼筋的配置等情況,懸臂過長時恒活負荷會在懸臂根部產生很大的剪切力,懸臂側腹板會產生縱向彎曲應力,因此在結構設計剪切力作為外載處理,根據該剪切力產生的彎矩在腹板側配置足夠的受力鋼筋,即箱梁整體驗算的基礎上縱向受力鋼筋
目前采用的電算程序只注意將縱向彎曲鋼筋平均分配到箱梁底板上,縱向受力鋼筋已經足夠,但根據實際受力情況的特征,懸臂側腹板根部應力集中,腹板根部兩側逐漸減少。按常規設計,懸臂側腹板內縱向受力鋼筋配置不合理,箱梁懸臂板側腹板根部彎曲能力不足,產生裂縫。
二、懸臂板強度檢測
根據懸臂板的空間受力特征,分別計算懸臂板的橫向和縱向。
2.1懸臂板橫向彎曲強度檢查
懸臂板橫向彎曲強度檢查各種參考書詳細介紹,本文不予探討。
2.2懸臂板縱向結構強度檢測
可以考慮改變角度考慮問題。例如,單獨考慮懸臂板參與縱向受力,板的厚度過小,承載能力不足,縱向斷裂。考慮到箱梁懸臂板受力的特點,懸臂板的縱向受力可以與鄰居的腹板共同承擔,但計算腹板厚度時不得超過懸臂根的高度。縱向最大彎矩通常發生在與懸臂板相鄰的腹板跨過中根部,因此計算時受力的簡單圖可以取得脫離體-倒l形截面用t形簡單的支梁進行檢查。
恒載可考慮懸臂板、腹板、鋪裝層等重量,活載可考慮脫離體配置的車輛負載。根據簡單的t形梁進行彎曲和剪切強度計算,根據計算得到的鋼筋全部布置在橋板懸臂的根部。
2.3懸臂板的鋼筋配置
懸臂板縱向彎曲的抗彎能力可由最近的腹板共同承擔,因此在腹板內需配置能夠承擔該彎曲矩的鋼筋骨架和預應力鋼筋,如圖4所示。
三、案例
某人行橋采用C40箱橋板,跨度12m,計算跨度l=11.4m,設計人員負荷5kN/m2,橋面毛寬3.6m,凈寬3.1m,鋪裝層采用5~7cm厚混凝土,鋪設3cm厚花崗巖,路面1.5%縱坡,不設橫坡。橋面由兩塊板組合,寬180cm(預制寬179.5cm,剩下0.5cm為施工調節馀量),板厚70cm,兩側設置扶手。
(1)負荷計算
橋面板自重:15.44T(包括鉸鏈和頭部縫)橋面花崗巖:1.24T鋪裝層4.29T扶手:2.4T。每個橋板恒載設計值:g=2.337T/m活載設計值:q=1.085t/m。
(2)整體強度驗算
按簡支梁計算彎矩:M跨中=55.59T·m,按T形梁截面配筋計算需配置14根φ20Ⅱ級鋼筋。
(3)左側懸臂板局部強度驗算
懸臂板縱向彎曲強度驗算按圖3取脫離體按T形截面進行配筋計算(本文右側懸臂板強度驗算及其它驗算略)。脫離體荷載計算:脫離體自重:0.395T/m;橋面花崗巖:0.024T/m;鋪裝層0.18T/m;欄桿:0.2T/m。恒載設計值:g=0.959T/m;活載設計值:q=0.273T/m。
根據簡單的支梁計算扭矩:m跨度=20.01Tm,根據t形梁的斷面配筋計算,需要配置φ20ⅱ級的鋼筋4根。鋼筋配置如圖4所示(其他鋼筋未顯示)。
四、結語
目前通行的懸臂橋板計算,只考慮板統一的整體空間結構,忽略了局部懸臂板受力的不均勻性,特別忽略了縱向彎曲受力的特征,其受力鋼筋不是受力的特征,而是均勻配置
本文介紹的計算方法是根據懸臂板的實際受力特征配置受力鋼筋,可以避免根部出現裂縫,保證箱梁懸臂板的安全運行。
對于外部選擇長度超過2.0m的箱形懸臂板,建議在懸臂板上設置強力肋或斜撐間隔,通過強力肋或斜撐傳輸力,使外部選擇懸臂板不會縱向產生過大的彎曲應力。
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