大挑臂宽箱梁桥面板设计

4结束语
通过对比可以看出，中欧抗震设计规范之间存在一定的差异和共同点。

限于篇幅有限，本文仅从抗震设防标准、场地类别划分、地震动参数等方面对中欧抗震设计规范进行了对比，其他与结构设计相关的方面还需要进一步的研究和探讨。

对比成果不仅对中资企业在国外市场的开拓和项目的实施具有十分重要的意义，同时也能为我国的抗震设计提供一定的参考和借鉴作用。

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【参考文献】
[1]王洋.中欧岩土规范比较分析[D].南宁:广西大学,2010.[2]CEN,European Standard EN1998-1:2004,Eurocode8: Design of structures for earthquake resistance—Part1: General rules,seismic actions and rules for buildings, 2004.
[3]GB50011-2010，建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2016.
[4]沈聚敏,周锡元,高小旺，等.抗震工程学[M].北京：中国建筑工业出版社,2000：74-75.
[5]GB18306-2015，中国地震动参数区划图[S].北京：中国标准出版社,2015.
大挑臂宽箱梁桥面板设计
王兆铭
(同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司)
【摘要】结合郑州市中州大道立交南北延伸工程，综合空间有限元计算分析，利用简化计算方法模拟了大挑臂宽箱梁桥面板的空间受力行为。

本方法考虑了桥面板横向受力效应，较为准确地模拟了箱梁腹板的剪切变位和空间畸变等行为，相对于传统桥面板计算手段更能体现大挑臂宽箱梁的空间受力特点，此方法很好地满足了设计要求。

【关键词】宽箱梁；大挑臂；桥面板；剪切变位；箱室畸变
1引言
近些年，随着城市化建设步伐的不断推进，城市桥梁建设也越来越多。

在城市人口密集区域，由于车流交通量大，多车道多层次交通体系需求尤为突出，城市高架桥梁成为解决此种交通需求的首选方式。

为了充分发挥高架桥梁的通行效率，车道规模要求较高，双向6车道或双向8车道的断面宽度需求现在较为常见，桥梁宽度需达到或超过30m[1]。

在建设用地较为紧张的城市，受限拆迁、桥下道路宽度需求、管线布设等原因，城市高架桥梁可布设桥墩的范围十分狭小，城市高架桥梁支座间距较小，桥梁结构挑臂很大。

在上述边界条件下，大挑臂桥梁结构的空间受力特性十分显著，各片腹板之间的剪切变位差较大，箱室畸变效应明显。

对于大挑臂宽箱梁结构，在设计中应充分考虑其空间受力特点。

工程设计中，对于桥面板的计算主要有传统刚性约束框架计算、空间实体计算分析、考虑空间效应的简化计算手段等方法。

其中，传统刚性约束的框架计算模型不能反应大挑臂宽箱梁多片腹板的剪切变位差的特点，此方法不适用大挑臂宽箱梁桥梁的桥面板设计。

利用有限元模型建立实体模型对桥梁结构进行空间特性研究，可以真实反应桥梁结构的受力行为。

此种方法在科研或精细化设计中可以采用，但设计效率较为低下，同时由于在实体分析中活载加载较为困难，实际在常规工程设计中使用频率也较低。

针对上述计算手段的弊端，相关学者进行了一些简化计算手段的探索[1]，在满足计算精度要求的前提下，也尽量提高设计的效率，从而更好地指导工程设计。

本文以郑州市中州大道立交南北延伸工程为工程案例研究桥面板的空间受力行为。

2简化计算方法
在工程设计中，最为简便的方法仍是采用平面杆系计算模型进行桥面板的设计。

对于大挑臂宽箱梁的桥面板设计，本文提出如下简化计算方法：以常规设计方法为基础，计算模型、荷载加载与常规设计方法相同，通过施加强迫变形来模拟桥面板在恒载和活载作用下的最大变形差。

相关文献[1]建议采用支座刚度来模拟各片腹板的剪切变形差，但支座刚度要同时满足单位面荷载和恒载的变形变位差较难实现。

本文从另一个角度出发研究其他可行的简化计算方式：采用常规的支座约束方式，但考虑由于恒载和活载作用下的腹板畸变效应，通过施加强迫位移的方式来准确模拟各片腹板之间的变位差。

恒载作用下的腹板变位差，可以在空间计算模型中直接读取。

对于活载作用下的腹板变位差问题，可以利用影响线加载方式结合偏载试算方式最终确定。

将恒载作用下的腹板变位差和活载作用下的变位差进行组合，通过强迫位移的方式施加到平面框架模型中，使得平面杆系结果与空间计算结果保持一致，近似模拟桥面板的空间受力行为。

简化设计方法采用平面杆系计算模型，其计算结果仅为近似值，并不能完全真实地反映箱梁的横向内力分布，但其计算精度可满足设计要求。

3工程背景[2]
3.1工程背景
近些年，随着郑州城市的发展，城市环线建设步伐逐渐加快落地。

本工程为郑州市中州大道立交南北延伸工程，是三环快速路的重要组成部分，道路通行要求较高。

根据交通流量预测结果，高架桥梁和地面道路均采用双向八车道的技术标准。

高架桥梁断面由四个小车道、四个混合车道组成，中间布设隔离墩，两侧设置防撞墙，标准段桥宽为32.5m。

受限桥下用地限制，高架桥梁支座间距按8m布设。

经试算，桥梁横梁受力控制结构设计，综合考虑桥梁布跨的经济性，标准段采用35m的跨径，纵向采用三跨连续结构体系。

3.2标准段箱梁构造
在结构构造拟定过程中，综合考虑结构受力和桥梁景观要求，采用斜腹板加设圆弧过渡断面布置方式。

标准段箱梁跨径：3×35m，桥梁断面宽32.3m，箱梁断面高2.5m。

在桥梁横向断面布置时，考虑采用小箱式布置形式，桥面板按钢筋混凝土考虑，从控制结构裂缝宽度的角度来保证结构的正常使用性能。

受限桥下用地需求，横梁位置处支座间距8m，两侧挑臂达到了12.15m。

本结构为典型的大挑臂宽箱梁结构，空间效应比较显著，传统单梁计算方法不能准确反映本结构的空间受力行为，有必要进一步研究合理的简化计算手段。

3.3整体空间梁格模型
根据剪力柔性梁格理论，在建立单梁分析模型的基础上，本设计同时建立了空间有限元梁格对比模型。

在对比分析的基础上，研究简化的计算方法。

空间梁格模型采用桥梁计算软件Midas Civil8.3.2软件，全桥采用杆系单元，共建立1138个单元，627个节点，计算模型如图4所示。

图1本工程典型断面布置图（单位：m）
图2标准段箱梁立面图（单位：mm）
图3
标准段箱梁跨中断面图（单位：mm）
图4标准段3×35m三跨一联预应力混凝土连续梁
空间梁格计算模型
3.4桥面板框架计算模型
本文在传统桥面板框架计算模型的基础上，
通过施加强迫位移的方式模拟多片腹板之间的剪切变位差。

计算采用桥梁计算软件桥梁博士V3.6，采用梁单元，共建立了171个单元，166个节点，
计算模型如图5所示。

4桥面板设计
4.1恒载作用下各片腹板剪切变位差
由于本工程挑臂达到了12.15m，横向变位的特点
一直扩散至跨中断面，
跨中断面横桥向各片腹板之间也存在剪切变位差。

通过前文建立的剪力柔性梁格模型，可以直接读取恒载作用下的腹板变位差。

从表1可以看出，以中跨跨中断面为例，在恒载作
用下，各片腹板之间存在一定的变位差，其中1号腹板与4号腹板之间的变位差为1.698mm。

4.2活载作用下各片腹板剪切变位差
对于在活载作用下的各片腹板剪切变形差，
一方面要考虑整体活载影响线加载，另外一方面要考虑横桥向的最不利偏载。

本文通过多工况不同车道偏载活载试算得知，
在横向2车道的偏载作用下，腹板的剪切变形差最大。

以中
跨跨中断面为例，在横向2车道偏载作用下，各片腹板的变形如表2所示。

从表2可以看出，
在横向2车道偏载作用下，以边跨跨中为例，横桥向1号腹板与7号腹板的最大变位差达到了4.812mm，中跨跨中1号腹板与7号腹板的最大变位差也达到了4.443mm。

在活载作用下腹板的剪切变位差远远高于由于恒载造成的剪切畸变。

4.3桥面板设计
⑴强迫位移。

通过前文分析，本文采用施加强迫位移的方式近似
模拟桥面板各片腹板之间的畸变行为。

综合考虑恒载作用和活载偏载作用下的变形，本设计采用的强迫变位如表3所示。

从表3可以看出，
边跨跨中断面1号腹板与7号腹板之间的变位差达到了4.812㎜，中跨跨中断面1号腹
板与7号腹板之间的变位差达到了4.443㎜，主要由活载偏载引起。

本文利用求得的强迫位移对桥面板平面框架模型施加上述强迫位移，近似模拟桥面板的真实变
位。

⑵边跨跨中桥面板计算。

桥面板按钢筋混凝土构件进行设计，边跨跨中桥面
板配筋如下：
顶板上缘采用直径25mm 的钢筋，钢筋间距150mm，顶板下缘采用直径20mm 的钢筋，钢筋间距
150mm；底板上缘采用直径16mm 的钢筋，钢筋间距150mm，底板下缘采用直径16mm 的钢筋，钢筋间距150mm。

根据规范[3]车辆最不利荷载进行结构验算，
桥面板承载能力满足规范要求。

短期组合条件下，
最大裂缝宽度为0.147mm，出现在边箱顶板跨中下缘，满足规范[4]不超过0.20mm 的要求。

注：此结果是在空间计算中考虑纵横向预应力效应后的计算结果，向下
为正，向上为负。

表2横向2车道偏载作用下各片腹板的变形
腹板编号
边跨跨中中跨跨中1 4.305 3.7762 2.424 1.9993 1.2430.90840.5670.30250.179-0.0396-0.167-0.3497-0.507-0.667
（单位：mm ）
图5简化的桥面板框架计算模型及腹板编号、
支座约束编号
注：此结果是在空间计算中考虑纵横向预应力效应后的计算结果，
向下为正，
向上为负。

表1恒载作用下各片腹板的变形
腹板编号
边跨跨中中跨跨中
10.851-3.47720.500-4.71230.629-5.2184
0.951
-5.175
（单位：mm）
表3各片腹板计算用强迫位移
腹板编号
边跨跨中中跨跨中
1 5.1560.299
2 2.924-2.713
3 1.872-4.31
4 1.518-4.87350.808-5.25760.333-5.0617
0.344
-4.144
注：此结果是在空间计算中考虑纵横向预应力效应后的计算结果，
向下为正，向上为负。

（单位：mm）
图6边跨跨中桥面板承载能力计算结果
（红线为最大内力对应的结构抗力，
绿线为最小内力对应的结构抗力
）图7
边跨跨中短期效应组合下桥面板裂缝宽度（单位：mm ）
⑶中跨跨中桥面板计算。

中跨跨中桥面板配筋同边跨跨中，根据规范车辆最不利荷载进行结构验算，桥面板承载能力满足规范要求。

短期组合条件下，最大裂缝宽度为0.143mm，出现在
边箱顶板跨中下缘，
满足规范[4]不超过0.20mm 的要求。

利用上述方法，本文同时检算了中支点和边支点的
桥面板计算结果，限于篇幅，这里不再详细论述，其主要计算结果如表4所示。

5结语
本文借助空间剪力柔性梁格模型，研究了大挑臂宽箱梁横桥向结构变位特点，在传统框架计算模式上提出了简化计算方法，一些有益的结论可供类似工程借鉴：
⑴对于大挑臂宽箱梁结构，要重视横向畸变对结构设计带来的不利影响；
⑵对于大挑臂宽箱梁结构，
要统筹考虑恒活载作用下的结构畸形行为；
⑶对于大挑臂宽箱梁可以在空间有限元分析计算的基础上，通过施加恒活载作用下的强迫变位来真实模拟桥面板的空间受力行为。

本设计方法在郑州市中州大道立交南北延伸工程
中得到了成功运用并取得了良好的设计效果，本工程获得了2017年度上海市优秀工程设计三等奖。

●【参考文献】
[1]朱波.大挑臂连续宽箱梁桥面板简化设计方法研究[J].中国市政工程,2011,2.
[2]北三环中州大道立交南北延伸工程项目施工图[Z].同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,2013.
[3]CJJ 11-2004,城市桥梁设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.
[4]JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京:人民交通出版社,2004.
图9
中跨跨中短期效应组合下桥面板裂缝宽度（单位：mm）
图8中跨跨中桥面板承载能力计算结果
（红线为最大内力对应的结构抗力，绿线为最小内力对应的结构抗力
）
表4支点位置桥面板主要计算结果
断面位置
承载能力裂缝宽度验算最大裂缝出现位置中支点满足规范0.163mm 边箱顶板跨中下缘
边支点
满足规范
0.159mm。