吳玉財，張 勇

(1.廣東省高速公路有限公司，廣東廣州 510100;2.中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

預(yù)制小箱梁是公路橋梁設(shè)計中被廣泛采用的結(jié)構(gòu)形式，以往設(shè)計中單片梁一般采用四支座的布置方案，即在梁的每端設(shè)兩個支座。根據(jù)在役橋梁的病害調(diào)查結(jié)果，由于施工誤差的存在，四支座布置方案會不可避免地引起支座出現(xiàn)局部脫空病害，部分橋梁甚至出現(xiàn)整體脫空及滑移病害，使小箱梁呈現(xiàn)“三條腿”的支承狀態(tài)，導(dǎo)致小箱梁的受力狀態(tài)偏離原設(shè)計，嚴(yán)重時支承狀態(tài)的改變將引發(fā)小箱梁產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性病害。目前預(yù)制小箱梁四支座布置方案引起的支座病害呈現(xiàn)逐年增多的趨勢，已成為該類結(jié)構(gòu)的常見病害和多發(fā)病害。通過優(yōu)化支座布置方案以解決此類結(jié)構(gòu)的支座病害，是目前設(shè)計人員廣泛關(guān)注的技術(shù)問題。

本文以廣東省交通科技項目《新建高速公路橋梁支座配套技術(shù)研究》(2010-02-019)為依托，開展預(yù)制小箱梁支座布置方案研究，提出了相應(yīng)的工程對策，以消除以往支座布置方式引起的支座病害，使結(jié)構(gòu)的支承狀態(tài)及受力狀態(tài)符合設(shè)計要求。

1 支座布置方案選擇

1.1 支座布置方案

對于小箱梁而言，以下兩種支座布置方案是可供選擇的。

方案一:三支座布置方案。

采用三支座布置方案時，預(yù)制小箱梁一端采用兩個支座，另一端采用一個支座，理論上三個支承點可以確定一個支承面，確保支座與梁體底面接觸密實。對于多片式預(yù)制小箱梁而言，各片梁采用三支座布置方案時應(yīng)錯開布置，即一端單支座和雙支座間隔布置，另一端雙支座和單支座間隔布置，支座布置方案如圖1所示。

圖1 三支座布置方案示意

方案二:兩支座布置方案。

采用兩支座布置方案時，預(yù)制小箱梁每端均采用一個支座，支座布置方案如圖2所示。

圖2 兩支座布置方案示意

1.2 支座布置方案比選

針對上述兩種支座布置方案，進(jìn)行小箱梁與橫隔梁受力影響分析。橫隔梁關(guān)鍵截面應(yīng)力影響線計算結(jié)果表明，邊梁內(nèi)腹板與橫隔梁相交截面及橫隔梁中間截面對支座布置方案不敏感，兩種支座布置方案橫向應(yīng)力影響線差別不大;但端橫梁與中間小箱梁腹板相交截面橫向應(yīng)力影響線因支座布置方案不同有所不同，從總的規(guī)律來看，單支座布置方案較三支座布置方案對端橫梁受力更有利，然而單支座布置方案將加大支座規(guī)格型號。

由于三支座方案需要采用不同規(guī)格型號支座，因此同一支承端支座的剪切剛度將有所不同，這樣勢必導(dǎo)致各支座承擔(dān)的水平力會有所差異，難以發(fā)揮多片式梁采用板式橡膠支座時反力分散系統(tǒng)的優(yōu)勢;此外，由于支座規(guī)格型號的不同，預(yù)制梁底調(diào)平塊和支承墊石的平面尺寸及高度隨著支座型號的不同而變化，這樣勢必加大施工難度和管理難度，增大支座安裝時出現(xiàn)錯誤的概率。

綜上所述，從橫隔梁受力及施工可操作性來看，多片式預(yù)制小箱梁采用兩支座布置方案較三支座布置方案更具有優(yōu)勢。

2 影響分析

預(yù)制小箱梁采用兩支座布置方案時對結(jié)構(gòu)的影響分析包括兩個方面，一方面為對結(jié)構(gòu)受力的影響，另一方面為對結(jié)構(gòu)構(gòu)造的影響。

2.1 結(jié)構(gòu)受力影響

以25 m小箱梁為例，與四支座布置方案對比，分析兩支座布置方案對結(jié)構(gòu)的影響，其兩者布置方案的計算模型如圖3所示。計算時分別在小箱梁跨中和端橫梁處作用100 kN可橫向移動的豎向荷載，考察小箱梁在兩種不同支座布置方案下跨中截面彎矩分配、梁體扭矩及支點剪力分配的差異，分析小箱梁采用兩支座方案后結(jié)構(gòu)受力的變化情況。

圖3 兩支座及四支座布置方案計算模型

1)跨中截面彎矩

對于簡支梁而言，當(dāng)跨中截面作用集中力p為100 kN時，跨中截面產(chǎn)生的彎矩為 pL/4=100×24.94/4=623.5 kN·m。兩種支座布置方案下小箱梁跨中截面計算彎矩分配情況分別如表1和表2所示。

表1 兩支座方案跨中截面彎矩分配 kN·m

表2 四支座方案跨中截面彎矩分配 kN·m

從表1、表2可以看出，各箱梁跨中截面彎矩之和與理論計算彎矩略有差別，差別為3.3%左右。從兩種支座布置方案下各梁跨中截面彎矩分配對比來看，采用兩支座方案時對小箱梁跨中截面彎矩影響較小，兩種方案下跨中截面彎矩基本一致。

2)最大扭矩

小箱梁跨中截面作用100 kN集中力時，兩種支座布置方案下小箱梁最大計算扭矩分別如表3和表4所示。

表3 兩支座方案小箱梁最大扭矩 kN·m

表4 四支座方案小箱梁最大扭矩 kN·m

從表3、表4可以看出，相對于兩支座方案而言，采用四支座方案時小箱梁承受的最大計算扭矩要大，對梁體受力不利。

3)支點剪力

計算結(jié)果表明，采用兩支座方案或四支座方案時，支點剪力橫向分布均符合三角形分布，且兩種方案支點剪力橫向分布一致。

綜合上述計算可知，預(yù)制小箱梁采用兩支座布置方案后，梁體跨中截面彎矩及支點剪力與四支座布置方案基本一致，最大扭矩有所減小，梁體抗扭更為有利。因此，預(yù)制小箱梁采用兩支座布置方案是可行的。

2.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響

預(yù)制小箱梁采用兩支座布置方案后，與以往四支座布置方案相比，支座的平面尺寸將顯著增大，小箱梁的局部構(gòu)造亦應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。與交通運輸部部頒小箱梁標(biāo)準(zhǔn)圖(采用四支座布置方案)對比可知，依托工程小箱梁采用兩支座布置方案后，對小箱梁支點附近截面局部構(gòu)造進(jìn)行了如下改進(jìn):

1)部頒標(biāo)準(zhǔn)圖支點處實心段長度為50 cm，依托工程小箱梁實心段長度為52.5 cm;

2)部頒標(biāo)準(zhǔn)圖支點處端橫隔板厚度為25 cm，依托工程小箱梁支點處端橫隔板厚度為30 cm。

實體分析結(jié)果表明，依托工程小箱梁支點處實心段長度和端橫隔板厚度增大后，小箱梁底板及橫隔板受力可以滿足兩支座布置方案的要求。

3 結(jié)論

預(yù)制小箱梁采用四支座布置方案常常引發(fā)支座出現(xiàn)局部脫空。本文以25 m簡支小箱梁為研究對象，從橫隔板受力及施工管理兩個方面對三支座和兩支座布置方案進(jìn)行了對比分析，提出預(yù)制小箱梁采用兩支座布置方案更具有優(yōu)勢;在此基礎(chǔ)上，分析了兩支座方案對結(jié)構(gòu)受力和局部構(gòu)造的影響。分析結(jié)果表明，預(yù)制小箱梁局部構(gòu)造加強后可以滿足兩支座布置方案的要求。目前依托工程預(yù)制小箱梁已全部采用兩支座布置方案，本項目的工程經(jīng)驗可為類似工程的實施提供借鑒。

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