变截面连续梁桥横梁计算与配筋

变截面连续梁桥横梁计算与配筋

随着我国交通运输业的蓬勃发展，公路建设正处于高速发展时期。而近年来水运以其低廉的运输成本也越来越得到重视，因而内河航道等级不断提高，这就要求跨越航道的桥梁跨径也越来越大。变截面连续箱梁桥以其工艺成熟，施工方便，在跨越Ⅲ~Ⅴ级航道中得到广泛的应用。

箱梁横梁的计算实质上就是桥梁的荷载如何传递至横梁的问题。目前工程设计中，变截面连续箱梁桥的计算一般采用桥梁博士软件进行计算，在完成纵桥向计算后，将计算所得恒载与车辆活载支反力按力平衡原理等代为永久荷载与汽车荷载，并加载于横梁之上。

在横梁计算中，不同的设计单位（或设计者）对于等代后的荷载在横梁上的分布位置与荷载大小却不尽相同，有的设计单位（或设计者）将永久荷载与车辆荷载全部按集中力加载于横梁腹板位置；有的设计单位（或设计者）则近似将永久荷载的的80％等代为永久集中荷载加载于横梁腹板位置，20％等代为均布永久荷载加载于整个横梁，将车辆荷载支反力全部等代为汽车荷载并布置于横向加载有效区内。

上述两种方法对支点处横梁顶面负弯矩计算结果相差较大。第一种方法：将永久荷载与车辆荷载全部按集中力加载于横梁腹板位置，未考虑车辆荷载的纵横向不均匀分布，偏于不安全。第二种方法：将恒载20%等代为均布永久荷载并加载于整个横梁，将车辆荷载支反力全部等代为汽荷载并布置于横向加载有效区内的计算结果，对翼缘板悬臂根部产生的弯矩和剪力均远大于按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）5.2.2条及5.2.10条计算的翼

缘板弯矩和剪力承载力值，而据目前的工程经验，按此方法设计的桥梁并未发生破坏现象，故我们可初步得出结论：第二种计算方法的计算结果偏于保守。从理论上分析：大跨径变截面连续箱梁桥面板悬臂部分为悬臂板，腹板中间部分长边与短边之比远远大于2，故为单向板，无论是永久荷载还是车辆荷载，均是先由桥面板传递至箱梁腹板，然后再由腹板传给横梁，只有横梁宽度范围内部分的荷载是直接作用于横梁，因此第二种方法有明显不合理之处。

通过以上分析可以得出，上述两种方法均不太合理，与工程实际有一定的偏差。故笔者推荐横梁计算时采用下述：

永久荷载：可将纵向计算所得的永久荷载扣除横梁自重（待横梁计算时再计入横梁自重）后平均分配于各个腹板中心处。

车辆荷载：变截面连续箱梁桥横梁的宽度一般为1.4～3.0米，按对横梁受力最不利情况，顺桥向可同时布置重车后两轴，在将纵向计算所得的车辆荷载在横梁上布置时应考虑这一最不利情况，故车辆荷载可可分为两部分，按下述方法折算：

1作用于横梁横向加载有效区内的汽车荷载：

=280kN

F1：填入桥梁博士活荷载描述中汽车荷载横向分布调整系数。

2作用于腹板位置活荷载：

式中：

N：纵桥向计算支反力，从桥梁博士计算结果中获得，单位为kN。

μ：桥梁博士活荷载描述中汽车荷载横向分布调整系数。

ηi：各腹板横向分布系数，可按杠杆原理法或偏向压力法计算。

F2：由于F2为集中力，可采用桥梁博士外部荷载描述中汽车土侧力描述，采用其他外部荷载描述是应注意分项系数与组合系数的不同。

在《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）中，对跨高比l0/h<5的深受弯构件的介绍很少（l0为跨径，h为截面高度），特别是对l0/h<2.5的深梁几乎没有提及。而变截面连续箱梁桥的横梁跨高比l0/h

一般均小于2.5，许多桥梁设计人员对横梁计算与配筋均按一般构件实施，而忽视了横梁是深受弯构件这一特性，给工程带来一定的安全隐患。

目前，横梁配筋常用的设计方法是为了保证横梁不产生裂缝，将横梁横桥向按一般受弯构件设计成全预应力或部分预应力混凝土构件，配置一定数量的预应力钢筋，但由于受构件构造及箱梁纵向预应力钢筋的影响，预应力钢筋一般都集中在截面的某一、两个高度处（见图-1）。而实际上绝大部分荷载是通过腹板传递至横梁的，腹板传递的剪力在腹板截面上有一定的规律，为抵抗由此向下的剪力产生的弯矩而配置的钢筋，也应该沿截面的高度按一定规律分布，而不应该集中布置在某一、两个高度处。由此可见，这种集中配置预应力钢筋做法存在明显的不合理之处。而合理的横梁钢筋配置方法在相关的公路规范中也未提及。对此，我们可参照《钢筋混凝土设计规范》（GB-2002）中有关深梁的规定执行。

图-1横梁预应力钢筋配置及受力示意图

10.7.1l0/h<5的简支钢筋混凝土单跨或多跨连续梁宜按深受弯构件设计。其中，l0/h≤2的简支钢筋混凝土单跨梁和l0/h≤2.5的简支钢筋混凝土多跨连续梁称为深梁，深梁除应符合深受弯构件一般规定外，尚应符合本规范第10.7.6条到第10.7.13条的规定。

10.7.9钢筋混凝土深梁的纵向受拉钢筋宜采用较小的直径，且宜按下列规定布置：

1单跨深梁和连续深梁的下部纵向钢筋应均匀布置在梁下边缘以上0.2h的范围内。

2连续深梁中间支座截面的纵向受拉钢筋宜按图-2规定的高度范围和配筋比例均匀布置在相应高度范围内。

图-2连续深梁中间支座截面纵向受拉钢筋分配比例

由此条规定我们可以看出：深梁正弯矩区段纵向受拉钢筋应均匀的布置在下缘以上0.2h范围内，而负弯矩区段的受拉钢筋应布置在上缘以下0.8h范围内，且随l0/h的减小，钢筋布置重心下移，而不是象一般构件那样，将钢筋尽可能的布置在截面的上缘或下缘处。

此外，对深梁的钢筋的最小配筋率，《钢筋混凝土设计规范》（GB-2002）中也有明确的规定。

10.7.13深梁的纵向受拉钢筋配筋率ρ（ρ=）、水平分布钢筋配筋率ρsh （ρ=），和竖向分布钢筋配筋率ρsv（ρ=）不宜小于表-1规定的数值。

深梁中钢筋的最小配筋百分率（%）表-1

10.7.14除深梁以外的深受弯构件，其纵向受力钢筋、箍筋及纵向构造钢筋的构造规定与一般梁相同，但其截面下部二分之一高度范围内和中间支座截面上部二分之一高度范围内布置的纵向构造钢筋宜较一般梁适当加强。