甘肅省交通規(guī)劃勘察設計院股份有限公司 甘肅 蘭州 730030

正文：

0 引言

隨著科技的發(fā)展和新材料、新工藝的推廣應用，近年來我國橋梁的跨越能力也在不斷的突破，但同時隨著橋梁跨徑的不斷增大，橋梁上部結構恒載占總荷載的比例也在提高，橋梁自重已成為制約其跨越能力的主要問題。與傳統(tǒng)的混凝土箱梁結構相比，箱梁腹板采用波紋鋼腹板一是可以使上部結構箱梁自重減輕、恒載內力減小；二是波紋鋼腹板在軸向為折疊狀，當受到軸向預壓力作用時鋼腹板能自由壓縮，使其對頂、底混凝土板由于徐變和收縮而產生的變形約束較小，可對箱梁施加有效的體外預應力[1]。從波紋鋼腹板箱梁的構造可以發(fā)現，主梁豎向剪力全部由波形鋼腹板承受，而主梁彎曲正應力主要由混凝土頂、底板承擔，對于波紋鋼腹板箱梁來說，在荷載作用下，波形鋼腹板的豎向剪應力大小以及其沿橫向的分布情況是應該被橋梁設計者去關注和研究。

本文主要給出構造合理的箱梁橫隔板布置，達到各鋼腹板的豎向剪應力在橋梁縱、橫向分布均勻，峰值最小的目的。

1 工程概況

某公路橋梁上部結構采用波紋鋼腹板連續(xù)箱梁，橋跨布置為4×30m，雙向6車道。主梁為單箱四室等高截面，箱梁頂寬25.3m,底板寬19.3m,梁高2.2m，箱梁頂板設置成2%雙向橫坡,箱梁頂板厚28cm，底板厚25cm，波紋鋼腹板厚1.6cm，每跨設置兩道橫隔板，橫隔板厚30cm。橋梁設計荷載為公路-Ⅰ級，二期恒載120kN/m。主梁頂、底板和橫隔板均采用C55混凝土，波紋鋼腹板采用Q345E鋼。橋梁單跨30m平面構造如圖1。這里要說明的是，圖1中橫隔板的位置是初始設定的，并不是最終的優(yōu)化結果，在進行橫隔板位置優(yōu)化計算后給出最佳結果。

圖1 橋梁單跨30m平面構造圖(cm)

2 建立有限元模型

采用大型通用有限元分析軟件ANSYS建立分析模型，由于橋梁4跨構造一致，只取一跨建模計算。波紋鋼腹板單箱多室箱梁的頂、底板均為混凝土結構，采用混凝土實體單元來建模。為達到波紋鋼腹板與混凝土共同作用的結果，在單元劃分時要使對應位置的波紋鋼腹板節(jié)點與混凝土單元節(jié)點重合，保證波紋鋼腹板與混凝土充分粘結。波紋鋼腹板采用板殼單元來模擬，建模時應保證鋼腹板與上、下翼板的節(jié)點吻合，讓波紋鋼腹板的波折線與頂板、底板混凝土完全重合；橫隔板采用三維實體單元模擬，上、下翼板與橫隔板的連接方式采用共節(jié)點[2]。

在模型中荷載組合為：梁體自重、二期恒載、單向3車道加載公路-Ⅰ級車道荷載。由于只取一跨建模計算，邊界條件按簡支處理。橋梁上部結構有限元計算模型和波紋鋼腹板有限元模型如圖2、圖3所示。

圖2 橋梁上部結構有限元模型

圖3 波紋鋼腹板有限元模型

3 橫隔板不同位置所對應的波紋鋼腹板豎向剪應力

在ANSYS后處理中，通過ANSYS APDL參數化編程提取各鋼腹板豎向剪應力[3]。在不同的橫隔板位置下各片鋼腹板沿橋梁縱向剪應力值數據如表所示。

橫隔板不同位置所對應的各片鋼腹板沿橋梁縱向剪應力最大值表

上表第2組橫隔板1中心位置8.5m和橫隔板2中心位置21.5m與圖1中設計初始橫隔板位置相對應，從表中數據分析，在第2組位置下計算出的每片波紋鋼腹板剪應力值均較大，為達到每片波紋鋼腹板豎向剪應力沿橋梁縱向分布均勻，同時峰值較小的理想狀態(tài)，將圖1中2道橫隔板的位置同時按差值0.8m進行調整再計算剪應力最大值。通過分析調整后計算得到數據發(fā)現，在第4組中，2#、3#鋼腹板計算所得豎向剪應力峰值最小 ；在第3組中，1#、4#、5#鋼腹板計算所得豎向剪應力峰值最小；在第1組中1#、5#鋼腹板剪應力峰值最小，但與2#、3#、4#鋼腹板剪應力最大值相差較大；在第5組中2#、3#鋼腹板剪應力峰值最小，但該組中峰值普遍偏大；通過四組中各剪應力峰值大小的比較，發(fā)現第3組數據中3#鋼腹板豎向剪應力最大，最大值為122.326MPa，而第4組中4#鋼腹板豎向剪應力最大，最大值為116.46MPa，且5片鋼腹板的剪應力峰值分布均勻，可見第4組中的2道橫隔板位置設計較為合理。

4 結論

波紋鋼腹板單箱多室箱梁結構受力復雜，通過橫隔板設置不僅可以提高橋梁上部結構的扭轉剛度[4]，同時橫隔板位置合理的設計，對于改善鋼腹板的受力狀態(tài)也是非常重要的。本文通過橫隔板縱向位置的調整試算，計算分析了橫隔板設置位置與鋼腹板剪應力之間的變化情況，較好的得到波紋鋼腹板剪應力分布規(guī)律。