连续箱梁桥跨中底板受力的分析
连续刚构桥箱梁底板等效径向力优化研究
连 续 刚构 桥 箱 梁 底 板等 效 径 向力优 化 研 究
程双 ， 李睿
（ 昆明理工大 学土木系 。 昆明 ６ ５ ０ ５ ０ ０）
【 摘
要 】底 板崩裂是大跨径 连续 刚构桥常见 的病 害之一 ， 其 主要原 因在于低 估 了等效 径 向力 的影 响。通过
分析预应力束 的作用原理 ， 推导出 曲率半径 的计 算公 式 。结 合某 主跨 ７ ０ ｍ连 续 刚构桥 ， 与规 范结果 进行 对 比得
Ｏ 引 言
大跨径 连续 刚 构桥 是 目前 较 为广 泛 采用 的桥 型
之一 。由于设计 理 论 不完 善 、 施工 质 量 缺 陷等 原 因， 在施工 和运 营阶段底 板受 到径 向力 时 ， 产 生 的拉应 力 导致底板崩裂 ¨ “ 。黄亚新 等通 过对秦 淮河大 桥 的 相关分析认 为 ， 预应力 筋空 间效应径 向力 和局 部小 梁 效应是底板开裂 的主 要原 因。项 贻强 等通 过分 析 ，
．
ｓ ｈ ｏ ｕ ｌ ｄ ｂ ｅ ｓ ｕ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ｌ ｏ ｃ ａ ｌ ｃ ｈ ｅ ｃ ｋ ｓ ｏｒ ｆ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｃ ｕ ｉ ｒ ｔ ｙ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ｉｇ ｒ ｉ ｄ ｆ ｒ ａ ｍｅ ｂ ｉｄｇ ｒ ｅ；ｂ ｕ ｒ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｓ ｉ ｎ ｂ ｏ ｔ ｔ ｏ ｍ ｓ ｌ ａ ｂ；ｅ ｑ ｕ ｉ ｖ ａ ｌ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｃ ａ ｌ ｏｒ ｆ ｃ ｅ
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对箱梁受力的理解-2019年精选文档
对箱梁受力的理解箱梁截面受力特性作用在箱形梁上的重要荷载是恒载与活载。
恒载通常是对称作用的，活载可以是对称作用，也可以是非对称作用，必须加以分别考虑。
偏心荷载作用，使箱形梁既产生对称弯曲又产生扭转，因此，作用于箱形梁的外力可以综合表达为偏心荷载来进行结构分析。
箱梁在偏心荷载作用下的变形与位移，可分成4种基本状态：纵向弯曲、横向弯曲、扭转、扭转变形（即畸变）纵向弯曲：纵向弯曲产生竖向变位，因而在横截面上引起纵向正应力及剪应力。
扭转：箱形梁的扭转在这里是指刚性扭转，即受扭时箱形的周边不变形，变形的主要特征是出现扭转角。
类型分为自由扭转和约束扭转，所谓自由扭转，即箱形梁受扭时，截面各纤维的纵向变形是自由的，杆件端面虽出现凹凸，但纵向纤维无伸长缩短，自由翘曲，因而不产生纵向正应力，只产生自由扭转剪应力。
而受扭时纵向纤维变形不自由，受到拉伸或压缩，截面不能自由翘曲，则为约束扭转。
约束扭转在截面上产生翘曲正应力和约束扭转剪应力。
产生约束扭转的原因：支承条件的约束，如固端支承约束纵向纤维变形；受扭时截面形状及其沿梁纵向的变化，束扭转，如等壁厚的矩形箱梁、变截面梁等，即使不受支承约束，也将产生约束扭转。
在D62规范的5.5.1条的条文说明（第176页第五段）：“在扭矩作用下的钢筋砼结构或构件，若扭矩系由荷载直接引起的，并可由静力平衡条件求得，一般称为平衡扭转；若扭转系由结构或相邻构件间的转动受到约束所引起，并由转动变形的连续条件所决定，一般称为协调扭转或是附加扭转。
（其实就是上文中的自由扭转和约束扭转）由于后者的连续变形可引起内力重分布，对设计的扭矩起到折减的作用。
本节规定的抗扭计算公式均未考虑协调扭矩或附加扭矩，也即本规范有关受扭构件的计算仅适用于平衡扭转。
畸变：畸变的主要特征是畸变角。
薄壁宽箱的矩形截面受扭变形后，无法保持截面的投影仍为矩形。
畸变产生翘曲正应力和畸变剪应力，同时由于畸变而引起箱形截面各板横向弯曲，在板内产生横向弯曲应力。
连续刚构桥跨中横向加劲肋对底板应力的影响
连续刚构桥跨中横向加劲肋对底板应力的影响摘要：通过空间有限元分析软件对pc连续刚构桥中跨跨中合拢段箱梁底板建立模拟模型，，分别计算了在跨中合拢段设置两道加劲肋与未设置加劲肋时的箱梁底板应力，结果表明设置加劲肋对底板受力性能有较大的改善，从而大大减小了底板出现纵向裂缝的机率，并得出加劲肋对箱粱底板的受力影响规律。
关键词：连续刚构桥横向加劲肋箱梁底板纵向裂缝中图分类号：tv543文献标识码： a 文章编号：0引言箱形截面由于具有良好的结构受力性能。
在结构施工过程中或使用过程中具有良好的稳定性。
能适应现代化施方法的要求。
被广泛应用于各种桥梁。
然而近年来。
随着大吨位预应力技术的大量采用，以及箱梁宽度的增加和底板厚度的减薄，箱梁局部破坏或失稳现象明显增多。
如在张拉底板合龙束的过程中，跨中箱梁底板出现纵向裂缝．甚至出现崩裂的现象。
其主要原因是箱梁底板受力不合理，出现较大的横向拉应力。
底板刚度小．底板局部下挠变形大，而增加箱梁底板横向刚度的办法主要是通过设置横向加劲肋或横隔板。
一般来说，横隔板或加劲肋主要用于多片t梁的连接或弯梁桥中。
在直线梁桥中主要用在支点处。
对于跨中的横隔板或加劲肋的设置较为慎重［1］。
本文以一座(115m+200m+200m+115m)预应力混凝土连续刚构桥为例，采用空间有限元程序比较分析了在中跨跨中设置与不设横向加劲肋箱梁底板的受力性能，计算时采用的荷载工况均为中跨合龙束张拉完成阶段。
1 有限元模型分析1.1工程概况与建模主桥为115m+200m+200m+115m预应力混凝土连续刚构桥，桥梁平面位于直线上，纵面在-2.4%的纵坡上，桥面横坡为2%。
桥梁设计荷载：汽车—超20级，挂车—120。
梁体采用全预应力，单箱单室变高度箱梁。
主梁根部梁高11m，跨中梁高3.7m，其间梁高按1.5次抛物线变化。
底板厚度由跨中30cm按照半立方抛物线渐变至悬臂根部120cm。
跨中腹板厚度40cm，根部腹板厚70cm。
现浇箱梁桥常见裂缝分析与处治措施
现浇箱梁桥常见裂缝分析与处治措施发布时间：2021-07-07T16:57:03.780Z 来源：《建筑实践》2021年3月40卷7期作者：孟庆祥[导读] 近些年我国整体经济建设发展迅速，其中一个重要因素是我国基础设施建设快速发展。
孟庆祥中交二公局东萌工程有限公司陕西省西安市 710000摘要：近些年我国整体经济建设发展迅速，其中一个重要因素是我国基础设施建设快速发展。
在道路建设过程中，尤其在云贵川等省份，受地形影响，使得大跨度现浇箱梁桥具有很高的占比，而现浇箱梁桥施工中最常见的问题即为裂缝。
裂缝分布部位一般在底板、腹板、顶板。
裂缝产生的原因是多方面的，包括现浇箱梁设计构造、施工工艺、基础处理、支架方案、混凝土配合比、温差应力、混凝土收缩等因素，这些因素考虑不当均可产生裂缝。
关键词：现浇箱梁桥；常见裂缝分析；处治措施引言道路建设是我国基础设施建设中非常重要的组成部分，一直以来发挥着非常重要的作用，为我国基础建设贡献力量。
现浇箱梁由于整体性好，跨越能力大，适应能力强而被广泛应用。
其一般用于公路互通匝道桥，如整体式现浇梁桥，或有特殊跨越要求的桥梁，如跨度较大的悬臂现浇梁桥等。
混凝土裂缝是现浇箱梁的主要外观病害，我们通过检查发现，无论新建桥梁还是服役一定时期的桥梁，现浇箱梁都或多或少存在一些裂缝，这些裂缝有的是施工原因产生，有的是受荷载作用产生。
1工程概况某大桥主桥为预应力混凝土连续刚构桥，跨径组合为95m+2×180m+95m，上部箱梁采用变截面的单箱单室形式，顶板宽13.75m，底板宽7.5m。
0#块箱梁高11m，顶板厚50cm，底板厚150cm，腹板厚80cm；合拢段箱梁高4m，顶板厚30cm，底板厚32cm，腹板厚50cm。
引桥采用等截面预应力混凝土连续箱梁，单跨梁长30m，箱梁截面为单箱单室，箱梁高2m，顶板宽13.75m、底板宽7.5m，跨中截面顶板厚25cm，底板厚30cm，腹板厚50cm。
预应力混凝土连续箱梁桥底板纵向裂缝分析
预应力混凝土连续箱梁桥底板纵向裂缝分析预应力混凝土连续箱梁桥底板是一种常见的桥梁结构，由于其承载能力强、使用寿命长等优势，广泛应用于公路和铁路交通建设中。
然而，在实际使用过程中，底板纵向裂缝的出现是一个普遍存在的问题，对桥梁的安全性和使用寿命产生一定影响。
本文将对预应力混凝土连续箱梁桥底板纵向裂缝进行分析。
首先，纵向裂缝的成因可以分为内力和外力两个方面。
在内力方面，由于预应力混凝土连续箱梁桥底板的设计和施工过程中，存在一定的预应力损失和应力集中问题。
预应力损失是由于混凝土硬化和收缩引起的，这种损失会导致底板内部的应力分布不均匀，从而产生一些区域的张应力较高。
同时，在施工过程中，如果预应力钢束的张紧力或锚固不当，也会导致底板内力分布不均匀。
在外力方面，预应力混凝土连续箱梁桥底板承受着来自交通荷载和温度荷载的作用。
交通荷载在桥梁使用过程中是不可避免的，会引起底板产生弯曲变形和应力。
而温度荷载则是由于气温变化引起的，当温度升高时，底板会产生热胀冷缩变形和应力。
其次，纵向裂缝的影响主要体现在两个方面。
首先，纵向裂缝会导致底板的强度和刚度下降。
裂缝的存在使得底板的梁体不能充分发挥作用，不仅会影响桥梁整体承载能力，还容易引起劣化和破坏。
此外，裂缝的存在还会进一步加剧渗水和腐蚀问题，加速桥梁的老化过程。
其次，纵向裂缝会影响桥梁的使用寿命和安全性。
裂缝的存在意味着底板的结构已经出现了一定的损伤，这种损伤会随着使用时间的延长而逐渐发展和扩展。
当裂缝规模扩大到一定程度时，将会对桥梁的强度和刚度造成严重影响，甚至导致桥梁的倒塌。
最后，针对纵向裂缝的解决方法主要有以下几种。
一种方法是采取合适的预应力设计和施工工艺。
通过优化底板的预应力布置和张力控制，可以减少预应力损失和应力集中问题的发生，提高底板的整体力学性能。
另一种方法是采取适当的减振和防护措施。
针对交通荷载和温度荷载引起的应力和变形，可以采取减振和防护系统来减小底板的应力和变形，从而减少纵向裂缝的发生。
连续刚构桥梁跨中下挠问题研究
连续刚构桥梁跨中下挠问题研究连续刚构桥梁在桥墩及桥梁梁体处采用固结的结构形式，使得桥梁梁体与桥墩形成一个整体共同受力。
这种结构形式将影响结构刚度将影响桥梁的结构变形，总的来说就是桥梁跨中下挠。
且跨径越大，恒载所占比例越大，跨中下挠问题就越严重。
桥墩的越高，结构柔度越大，施工中越容易产生产生偏差。
本文主要对跨中下挠原因进行分析，并提出相关建议，为后续运营提供参考性意见。
一、广州地铁连续刚构桥梁现状广州地铁二十一号线、十四号线存在较多的高架段，高架主要以连续刚构桥梁为主。
二十一号线连续刚构桥单跨最大为95米，十四号线单跨最大为150米。
而随着桥梁跨度的增大，恒载所占的比例也愈来愈大，进而引发了次生病害。
病害主要体现为箱梁裂缝、跨中下挠等问题。
跨中下挠会加剧梁体开裂，而裂缝发展又会使得连续刚构桥梁结构刚度降低，进一步加剧跨中下挠，两者相互影响，形成恶性循环。
以65米跨为例，采用39.3+65+39.3m跨度，主跨65m跨越规划路，梁位于直线及缓和曲线范围，全长143.6m。
上部结构采用单箱单室斜腹板箱梁，梁顶宽10m，箱梁翼缘悬臂长2.1m。
中墩顶梁段截面梁高为3.5m；边跨墩顶截面、中跨跨中截面，梁高均为2.0m；梁高按2.0次抛物线变化。
中跨跨中主梁底板宽3m，边跨跨中主梁底板宽2.4m。
箱梁顶板厚度30cm，除设横隔位置及墩顶处沿全桥一致。
悬臂浇筑段底板厚度从跨中截面的46cm到中墩截面变化至100cm，按二次方抛物线变化。
合龙段箱梁底板厚度为46cm。
悬臂浇筑段腹板厚度从跨中截面的42.2cm按折线变化至71.4cm。
箱梁悬臂板端部厚度为25.5cm，根部厚度为45cm。
箱梁内在边中墩顶、中跨跨中设置横隔板，边跨端部及中跨跨中横隔板宽0.8m，中墩支点处横隔板宽2m。
根据设计文件及规范要求，在列车荷载作用下，梁体挠度容许值如下：梁体竖向挠度容许值该线路于2018年底开通试运营，运营期间每年对桥梁挠度进行一次监测，从监测数据显示，跨桥梁梁体挠度最大下挠-0.41mm，在挠度容许值范围内，结构处于稳定状态。
箱梁底板横向裂缝病害原因及处置防范措施
箱梁底板横向裂缝病害原因及处置防范措施摘要:本文结合实际工程案例,通过桥梁博士建立模型分析箱梁截面底板横向裂缝病害机理,并针对横向裂缝提出不同阶段采用不同的防范措施。
关键词:箱梁底板横向裂缝病害原因一、概述桥梁上部结构形式较多有,随着我国桥梁迅速发展,预应力混凝土箱梁这种结构形式越来越被设计师广泛采用。
但是由于设计考虑不周,常用材料和常用制品质量不稳定或选用不当,施工工艺落后,工艺过程控制不严,均会引起箱梁的质量问题,从而影响工程的使用寿命。
本文重点讲述了箱梁截面底板横向裂缝病害成因。
二、底板横向裂缝计算及原因分析1、病害性状及表现形式此种裂缝多出现在底板跨中位置,裂缝沿横截面扩展并有向两侧腹板发展趋势,最终形成“L”型、“U”型裂缝,开裂示意如图1所示。
图1 箱梁底板开裂示意图2、病害原因分析对于钢筋混凝土结构,底板跨中截面允许出现裂缝,但裂缝宽度不应超过限值。
对于预应力混凝土构件,跨中截面不允许出现裂缝。
以某分离式立交桥为例计算说明钢筋混凝土箱梁底板横向开裂原因。
①计算模型选用桥梁博士平面杆系有限元软件进行计算,全桥共90 个单元,91 个节点,模型如图2。
图2 计算模型②加载工况模型计算中考虑了施工阶段及使用阶段的效应,汽车为双向二车道。
温度影响力为整体温差和温度梯度的组合,参照85规范,荷载组合如下:组合Ⅰ:结构自重+混凝土收缩徐变+汽-20;组合Ⅱ:结构自重+混凝土收缩徐变+汽-20+温度影响力;组合Ⅲ:结构自重+混凝土收缩徐变+挂-100;③计算结果(1)原结构承载能力极限状态计算按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ 023-85)相关规定进行截面极限承载力验算。
计算结果见表1~表3。
由此可知,对于钢筋混凝土连续箱梁桥,跨中底板是允许出现横向裂缝的,但宽度不得超过规范限值。
除上述规范规定情况之外,钢筋混凝土连续箱梁裂缝宽度超限,预应力混凝土连续箱梁底板跨中开裂均不满足规范要求,造成这种情况的因素有:(1)设计构造因素,跨中截面抗弯强度本身不满足设计要求。
预应力混凝土连续箱梁桥底板纵向裂缝分析
箱 梁主跨 径 １ １ ６ ｍ， 采用 Ｃ ５ ０混凝 土 ， 箱 形 截面 ， 单箱 双 室结 构 ， 桥 面双 向 １ ． ５ ％横 坡 通 过 调 整 主 梁 腹板 高度 来形 成 。主跨 支点 处梁 高 ７ ｍ， 主跨跨 中梁 高３ ｍ， 梁 高 由支 点 向跨 中按 １ ． ５次 抛 物 线 过 渡 ， 中 部２ ｍ 为 合拢 段 。主 梁全 宽 为 ２ ０ ｍ。箱形 截 面悬 臂 长４ ． ６ ｍ， 箱底宽 １ ０ ． ８ ｍ， 悬臂 端 部厚 ０ ． １ ８ ｍ， 悬 臂 根 部厚 ０ ． ９ ｍ。主桥箱 梁顶 板 厚 ０ ． ２ ８ ｍ， 底 板 厚 度在 梁
假设 由预 应力束 径 向力 引起 的裂 缝与 底板 平 面 成 Ｂ角 ， 裂缝 首 先 在 Ａ 点 出现 ， 而后 由 于裂 缝 处 的 应 力集 中作 用 ， 裂缝 沿 与 主拉 应 力 垂 直 方 向迅 速展 开， 由此 引起 底 板 混 凝 土 崩 裂 而破 坏 。考 虑 便 于工 程 应用 ， 可假设裂缝沿与底板平 面成 ４ ５ 。 角 方 向发
计为抛物线 ， 当 底 板 中 沿 底 板 曲线 布 置 的 预 应 力 束张拉时 ， 必然 会 对 底 板 混 凝 土产 生 径 向压 力 ， 如
图 １ 。
图 ２ 微段径 向力分析示意图
（ ２ ）
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二 Ｔ
图 １ 预腹 力 严生 径 向力 不 葸 图
程 为ｙ ＝ ａ ｘ ， 经 过 （ Ｌ ／ ２ ， ｈ ） ， 得Ｙ ＝ ｈ ｆ Ｔ ２ ｘ １ ， 根 据 半 径
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连续箱梁桥跨中底板受力的分析
摘要：通过对连续箱梁桥跨中底板受力的简化模拟计算，总结出对箱梁底板设计的优化方法，进而更加有效地防止施工过程中底板裂缝的出现，为以后的箱梁工程设计提供一定的参考意义。
关键词：连续箱梁桥箱梁底板底板受力底板裂缝
0引言
箱形截面由于具有良好的结构受力性能。
在结构施工过程中或使用过程中具有良好的稳定性。
能适应现代化施方法的要求。
被广泛应用于各种桥梁[1]- [2]。
然而近年来。
随着大吨位预应力技术的大量采用，以及箱梁宽度的增加和底板厚度的减薄，箱梁局部破坏或失稳现象明显增多。
因为箱梁构造的原因，底板预应力筋张拉时会在箱梁底板产生垂直于板平面的作用于管道的径向荷载，此径向荷载会产生底板横向受弯，如图1所示，从而形成底板的横向受弯正应力；同时，由于预应力管道削弱了底板截面受力，作用于管道底部的荷载会产生沿管道中心的局部受拉，如图2所示。
其中底板横向弯曲产生的正应力较大，在应力分布中占据主导地位，竖向局部应力尽管数量略小，但钢筋布置不容易处理或容易忽视而形成沿波纹管中心连线的分层拉裂[3]。
图1 底板横向受弯受力图式
图2 沿管道连线的局部受拉
本文以箱梁底板横向受弯的简化计算模型为例，提出对连续箱梁桥底板构造设计的优化方法，以供以后的工程设计提供参考价值。
1 箱梁底板受力分析
预应力外崩力作用下的箱梁底板受力一般可以采用空间实体单元的有限元分析，计算结果更加精确。
但有时从设计角度而言，简化计算方法也可以为设计提供较大的参考价值，同时简化计算方法还可以为空间分析结果的复核提供参考。
在此，提出箱梁底板横向受弯的简化计算方法和公式，供设计中参考使用。
箱梁底板的横向受弯与箱梁顶板承受车轮荷载的计算方法类似，箱梁底板也可以认为是弹性支撑于腹板上的单向板。
因为是简化计算，为简单起见，径向力可以按照沿纵向均布的荷载计算，当然也可以按集中力计算，但需要按照单向板的有效工作宽度计算有效板宽。
根据多跨连续单向板的计算方法，底板横向受力的计算可以采用如下的简化计算方法计算：
1）首先按照单向简支板计算跨中内力(纵桥向取单位板宽，则底板简化简支梁)，如图3所示。
图3 底板横向挠曲计算图式
2）根据板厚t和腹板高度h确定弯矩修正系数，计算跨中弯矩和支点弯矩。
当时：
算例：均布径向力荷载q=15.2KN/m，计算模型简化如图4所示。
图4简化计算模型
由简支梁计算：
与空间实体有限元计算结果对比，，。
所以，简化计算与实体有限元计算结果比较接近，可以用于粗略估算。
2 结论
本文通过对某刚构桥在跨中设置与不设横向加劲肋2种情况的空间有限元分析，得到如下结论：
1、连续刚构除应进行常规的考虑箱梁受力特点的整体受力分析和桥面板的局部分析以外，还应考虑底板在预应力外崩力作用下的横向受弯和局部受拉计算，并根据计算结果进行相应的钢筋配置和验算。
2、箱梁底板的横向受弯效应分析计算可以建立采用带孔道的局部梁段上承受径向力作用，腹板可以认为是对底板形成弹性约束。
3、箱梁底板沿管道连线局部受拉的计算，可以简化为按削弱后截面直接抗拉计算。
参考文献:
[1] 王仁贵，吴伟胜，庞颂贤.预应力连续刚构桥设计[A].中国公路学会桥梁和结构工程学会2003年全国桥梁学术会议论文集[C].人民交通出版社.2003.
[2] 范立础编著. 预应力混凝土连续梁桥.人民交通出版社.1988.
[3] 李彦兵.预应力混凝土箱梁桥开裂原因分析与防治措施[J].公路.2006年第8期.。