在我國目前的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋設(shè)計中，結(jié)構(gòu)縱向受力往往決定了截面幾何特性，而截面形式及具體構(gòu)造多采用參照既有類似橋梁的做法。事實上，隨著跨度或?qū)挾鹊牟粩嘣龃�，箱梁截面�?yīng)該有合理的選擇。近些年的實踐也表明[1-2]，箱梁某些形式的裂縫，如頂?shù)装鍏^(qū)域縱向裂縫、底板整體崩裂等，與截面設(shè)計的好壞有較大的相關(guān)性。

　　2 影響截面設(shè)計的若干因素目前針對箱梁截面設(shè)計的計算方法很不完善，對不同作用下箱梁橫向受力考慮不周，這都將可能導(dǎo)致截面設(shè)計的不合理。實際上，影響截面設(shè)計的因素應(yīng)包括影響箱梁橫向受力的作用效應(yīng)、箱梁空間受力特點(diǎn)及其他諸如施工可行性，經(jīng)濟(jì)性以及耐久性等。

　　2.1 作用效應(yīng)分析2.2.1 溫度梯度作用

　　混凝土箱梁在陽光照射、熱瀝青鋪裝層等作用下，箱梁各部位尤其是頂板出現(xiàn)較大的溫度梯度，將使箱梁頂板等區(qū)域產(chǎn)生橫向溫度應(yīng)力

　　（1）溫度場分布：不同溫度模式及溫度基數(shù)下，箱梁頂板產(chǎn)生的橫向溫度自應(yīng)力不同。

　　（2）腹板與頂板剛度比：橫向溫度應(yīng)力由頂

　　板變形引起，腹板剛度越大，頂板在溫度梯度

　　下的變形受到的約束越大，因此橫向溫度次應(yīng)力也越大。

　　2.2.2 車輛荷載作用

　　車輛荷載對箱梁橫向作用既表現(xiàn)為以局部輪

　　壓作用于單向板上，又表現(xiàn)為以偏心荷載形式作用于箱梁上，都使箱梁出現(xiàn)橫向彎曲應(yīng)力。車輪荷載作用特點(diǎn)要求箱梁截面設(shè)計應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

　�。�1）根據(jù)板件受力要求，頂板首先應(yīng)有足夠厚度以避免局部沖切破壞。文獻(xiàn)[3]根據(jù)其荷載條件規(guī)定，保證不發(fā)生沖切破壞的最小板厚為150mm。

　�。�2）車輪荷載對頂板的作用大小可由車輪有效分布寬度衡量，而該分布寬度則與箱梁各部分剛度相關(guān)，如在橫隔板附近頂板車輪有效分布寬度明顯減小[8]。

　　2.2.3 橫向預(yù)應(yīng)力

　　從平衡外荷載角度考慮來看，橫向預(yù)應(yīng)力應(yīng)在伸臂根部盡量沿上緣布置，而在頂板中央應(yīng)沿下緣布置。論文參考網(wǎng)。但對于頂板中央處橫向預(yù)應(yīng)力，由于箱梁頂板較薄，由鋼束偏心帶來的彎曲效應(yīng)往往不明顯，只有通過軸壓效應(yīng)發(fā)揮作用。表2為某箱梁截面在兩種不同布束線形條件下內(nèi)力及應(yīng)力對比，可以看出，兩種布束下頂板應(yīng)力相差不大�？紤]到布置空間及施工方便性，橫向預(yù)應(yīng)力采用直線布束是可行的，此外直線束摩阻損失也小很多。

　　2.2 箱梁空間受力箱梁作為薄壁結(jié)構(gòu)，必須考慮其空間受力問題，包括偏載作用下的扭轉(zhuǎn)及畸變，寬翼緣下的剪滯效應(yīng)。

　�。�1）箱梁扭轉(zhuǎn)畸變變形在箱梁縱橫向都將產(chǎn)生附加應(yīng)力，而這些與箱形截面周邊中心線所圍的面積、箱形截面的尺寸以及箱梁的壁厚等因素有關(guān)。譬如，寬高比越大，偏載作用下箱梁畸變變形越大。

　�。�2）箱梁剪滯效應(yīng)影響到結(jié)構(gòu)整體抗彎承載能力，隨著箱梁寬高比、頂板剛度的變大，剪滯效應(yīng)更加明顯[6]。

　　表2某箱梁截面在兩種不同布束線形下內(nèi)力及應(yīng)力對比

　　3.1 分析說明 以某預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋為例，分析箱梁橫向應(yīng)力分布特性。該橋主梁為變高度單箱單室箱梁，其跨徑布置為80m + 120m + 80 m，設(shè)計為單向三車道，橋面鋪裝采用雙層瀝青，厚度共10cm，支座及跨中處主梁橫斷面如圖1 所示。

　　建立全橋空間實體模型，分析車輪荷載、溫度梯度、橫向預(yù)應(yīng)力及恒載作用。論文參考網(wǎng)。

　　3.2 關(guān)鍵尺寸參數(shù)擬定認(rèn)為以下三個因素對頂板橫向受力有較大影響：①頂板厚度：直接影響箱梁橫向應(yīng)力；②腹板剛度

　　3.3 分析結(jié)論圖3～圖4所示為上述兩個截面參數(shù)下箱梁頂板中央下緣（圖中A點(diǎn)）在上述四種工況下的橫向應(yīng)力。以下具體分析截面參數(shù)對頂板橫向應(yīng)力的影響規(guī)律，以及不同作用效應(yīng)大小。

　　（1）頂板厚度

　　恒載、車輛荷載及溫度梯度作用下，頂板下緣拉應(yīng)力隨著頂板加厚而減小，且當(dāng)頂板厚度大于某值（比如28cm）時，應(yīng)力變化很小；而隨著頂板變厚，橫向預(yù)應(yīng)力作用下頂板下緣壓應(yīng)力減小較快。論文參考網(wǎng)。從共同作用來看，隨著頂板變厚，頂板下緣橫向壓應(yīng)力減小，箱梁橫向受力性能越差。

　　（2）腹板剛度系數(shù)

　　隨著腹板剛度的增大：①在恒載、車輛荷載作用下，頂板下緣拉應(yīng)力減�。�2.29～1.69MPa）；②在溫度梯度作用下，頂板下緣應(yīng)力變大，且當(dāng)腹板剛度系數(shù)大于某值（比如0.14）時，應(yīng)力急劇加大；在上述共同作用下，當(dāng)腹板剛度系數(shù)穩(wěn)定于某值時（比如0.15～0.16間），頂板橫向受力性能最佳。

　　綜上所述，對于恒載及車輛荷載作用，頂板變厚將顯著減小頂板中央下緣橫向應(yīng)力，腹板剛度變大也使頂板中央彎矩變小，從而也減小該處應(yīng)力。而對于溫度梯度及橫向預(yù)應(yīng)力作用，情況則有所不同。隨著腹板剛度越大，由溫度梯度及橫向預(yù)應(yīng)力作用下的變形受到約束越大，產(chǎn)生的橫向應(yīng)力也越大。由于頂板加厚相當(dāng)于腹板剛度變小，故隨著頂板變厚，溫度梯度作用下的頂板下緣橫向拉應(yīng)力、橫向預(yù)應(yīng)力作用下的橫向壓應(yīng)力將減小。

　　圖3 不同頂板厚度下頂板下緣應(yīng)力變化 圖4 不同腹板剛度系數(shù)下頂板下緣應(yīng)力變化

　�。�1）箱梁截面細(xì)部尺寸的確定不僅需考慮縱向抗彎抗剪，也應(yīng)兼顧橫向受力及箱梁空間受力。如合適的頂板厚度、合理的腹板剛度將有效改善橫向受力；適當(dāng)?shù)母邔挶�、合理的頂板剛度也都可以減少扭轉(zhuǎn)畸變產(chǎn)生的附加應(yīng)力、緩解剪滯效應(yīng)。

　�。�2）橫截面設(shè)計應(yīng)考慮施工過程：大跨混凝土梁橋不同施工階段下對應(yīng)不同的應(yīng)力狀態(tài)，如最

　　大懸臂階段，懸臂根部頂緣承受較大壓應(yīng)力，這要求根部頂板具有足夠的尺寸。

　　（3）從使用性能和耐久性來看，一方面要重視普通鋼筋的布置，如防收縮鋼筋、溫度補(bǔ)強(qiáng)鋼筋、抗剪抗扭箍筋等；另一方面，需保證足夠的保護(hù)層厚度，但保護(hù)層厚度又不宜過大，否則構(gòu)件表面容易由于混凝土收縮、溫度作用或荷載作用而造成混凝土產(chǎn)生裂縫。

 

[1] 王國亮，謝　峻，傅宇方. 在用大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋裂縫調(diào)查研究[J]. 公路交通科技，2008（8）：52-56.

[2] 張　利. 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁頂板縱向裂縫分析[J]. 公路，2006（8）：262-264.

[3] AASHTO. AASHTOLRFD Bridge Specifications[S]. Washington: American Association of State Highway and TransportationOfficials, 1994. 

[4] 方　志，張志田. 鋼筋混凝土變截面箱梁橫向受力有效分布寬度分析[J]. 湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2003（6）：82-85.

[5] 中華人民共和國交通部.公路橋涵通用設(shè)計規(guī)范(JTJ062-1985) [S].人民交通出版社，1985.

[6] 朱漢華，陳孟沖，袁迎捷. 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋裂縫分析與防治[M]. 人民交通出版社，2006.