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钢箱梁入门系列漫谈(十)钢箱梁与混凝土箱梁类比
美桥欣赏


连接美国和加拿大的彩虹桥

长安大学 武芳文老师 供图

前几篇文章,已经详细阐述了钢箱梁的结构体系和传力路径。下面对两个实例工程中的3×30m钢箱梁和混凝土箱梁进行简要的类比分析(该钢箱梁断面组成,部分构造细节可优化,大家可以留言探讨)

钢箱梁横断面 / mm

混凝土箱梁横断面 / mm

传力路径

钢箱梁传力路径如前所述。而对于一个3×30m混凝土现浇预应力匝道箱梁,荷载传力途径:

传力途径1:荷载通过顶板横向传递给纵腹板(一般隔板间距与腹板间距之比大于2,为横向单向板。对应纵向1m板条桥面板横向计算(采用车辆荷载计算))——组成横框的桥面板的横向受力;

洋红色箭头代表力流传递

传力途径2:荷载通过顶底板及腹板纵向传递给横梁(对应于纵向主梁计算顶底板抗弯,腹板抗剪,采用车道荷载计算,受拉部位设置预应力钢束保证混凝土抗裂,同时钢束的设置不能使混凝土受压过大)——纵向受力;

洋红色箭头代表力流传递

传力途径3:荷载通过横梁传至支座(对应于横梁计算,根据横梁跨度以及支座与纵腹板的相对位置等决定是否采用预应力)——横梁的横向受力

构造类比

类比1:16mm厚顶板及顶板位置的纵向加劲肋(U肋、倒T肋、板肋)相当于25cm厚混凝土顶板;

类比2:14mm厚底板及其加劲肋相当于25cm厚混凝土底板;

类比3:14mm厚腹板类式于45cm厚腹板;

有兴趣的同仁可以计算下两种结构顶底板、腹板抗力上的大致数值。

钢箱梁与混凝土箱梁区别

本质的不同点在于钢箱梁纵向2~3m间距需设置跨间隔板,以支承顶板上加劲肋的受力,减小顶板加劲肋计算跨度,同时减小较薄的钢板的畸变变形增强横向抗扭性能。

任何钢结构箱型杆件均需设置隔板,此构造类似与竹子中的隔板,大自然中生物是演化的最合理构造。当然竹节隔板为稳定需求,钢箱梁隔板抗畸变和提供第二体系支撑,亦需区别。

钢箱梁的传力途径,相比于混凝土传力途径,多了一个横隔板间顶板纵肋的纵向传力。钢箱粱需要两个体系相加原因也在于此。

我们延伸探讨下混凝土箱梁横断面设计。对于宽桥面的混凝土箱梁,我们通常采用多箱室或多主箱梁的横截面。

合理化的桥面板结构是将传统设计的多室箱梁优化为单箱室截面,通过减少腹板的数量,减轻上部结构重量。此外通过倾斜的腹板减小底板的宽度。

在这里,我们研究三种能想到的方式:

1)超宽单箱室截面;

2)肋板加劲桥面板单箱室截面;

3)带斜杆支撑的单箱室截面。

对于如上所述的第二种形式的经典案例如下:

Viaduc de tulle(法国,2002年)总长854m,跨径布置:68m+124m+3x180m+100m,梁高4~10m,桥宽19.3m,悬臂长4.135m,腹板斜率27°,每隔3.5m设置一道横向贯通加劲横肋。

标准横断面 / cm

作者:陈耀军 / 刘甜甜 / 陈正星
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