薄壁宽箱梁有效宽度探究
发布者： 发布时间：2014-01-11（昆明市政工程设计科学研究院有限公司，云南昆明650228） ----李玲英
摘 要：薄壁宽箱梁已是近年来高速公路和市政项目越来越青睐的一种桥梁型式，其截面抗弯刚度大，弯曲应力图形合理，能有效地抵抗正负弯矩，但由于剪力滞效应会引起翼缘应力分布不均匀，而目前现行规范仅对T型梁有效宽度折减做了条文说明。本文针对实际工程项目，根据公路规范近似得到单箱多室截面的有效宽度，研究总结有效宽度折减对其内力和应力的影响。
关键词：薄壁宽箱梁；剪力滞；有效宽度；结构响应
1前言
近年来预应力混凝土桥在我国发展较为迅速，桥梁跨度不断增大切横断面构造逐渐加宽，单箱多室大挑臂结构逐渐在各类结构中大量采用。
混凝土薄壁箱梁截面抗弯刚度大，弯曲应力图形合理，能有效地抵抗正负弯矩，在施工和使用过程中具有较强的稳定性，能较好地适应各种现代施工工艺，在现代桥梁中得到广泛应用。然而，薄壁宽箱梁在纵向弯曲时，由于剪力滞引起翼缘应力分布不均匀，因此，在应用初等混凝土梁理论解决混凝土薄壁箱梁时，需确定混凝土薄壁箱梁翼缘有效宽度，即对翼缘原宽度进行折减。
2有效宽度理论
相比而言，我国现行桥梁设计规范中仅仅提出可参照T型梁的办法处理，没有对箱型梁有效宽度的具体规定，造成设计人员对箱梁桥进行弯曲变形和内力计算时无理论依据。本文采用我国规范中T型梁有效宽度计算条文，把薄壁宽箱梁人为分割成N个T型梁，分别计算有效宽度后算术叠加得到整个截面的近似有效宽度，研究翼缘有效宽度对结构内力、应力的影响。
4有效宽度研究实例
4.1项目背景
把箱梁分割成N个T型梁，分别计算有效宽度后算术叠加得到整个截面顶板和底板的近似有效宽度。
有图可知，对于薄壁宽箱梁，在对结构进行整体分析求解截面应力时，由于应力大小与截面惯性矩直接相关，考虑有效宽度的应力计算值和未考虑有效宽度的应力计算值差别较大，尤其是在支点附近，所以在计算薄壁宽箱梁时根据规范对截面进行折减，充分考虑剪力滞的影响对计算结果是偏安全的。
5结论
由以上分析比较结果可知，
（1）对于箱型截面梁，在对结构进行整体分析时，比如求解多跨连续梁某截面的弯距等内力计算，由于内力的大小与梁的度有关，此时应采用截面的全截面进行计算，不需要考虑有效宽度。
（2）在进行结构具体分析时（如配筋、截面应力计算等），对于宽度较大的箱型截面梁，需要计入截面的有效宽度，按照有效截面进行计算。
参 考 文 献
[1] K.R.Moffatt, P.J.Dowling.British Shear Lag Rules for Composite Girders[J]. Journal of the Structural Division, ASCE,Vol.104,NO.STT,1978.
[2] 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].中华人民共和国交通部部标准
[3] 罗旗帜.薄壁箱形梁剪力滞计算的梁段有限元法[J].湖南大学学报，1991,(2)：33-38.
[4] 罗旗帜.多跨变截面连续箱梁桥剪滞效应分析[J].中国公路学报，1998,(1)：65-72.
[5] E.C.汉勃利.桥梁上部构造性能[M].人民交通出版社.
[6] 吴海林,冯广维. 箱梁横向内力分析及有效宽度[J]. 石家庄铁道学院学报,2001,(2):35-38.
[7] 杨允表,宋启根. 曲线箱梁剪滞效应及有效宽度的理论分析[J]. 东南大学学报,1994,(3):20-27.
[8] 经柏林,邵旭东,鲍卫刚. 变截面长悬臂宽箱梁桥翼缘有效宽度研究[J]. 中南公路工程,1998,(4):25-27.
[9] 赵志成,陈玉骥. 变截面连续梁桥主梁的有效宽度研究[J]. 西部交通科技,2013,(12):10-14.
[10] 马华东. 单箱三室连续宽箱梁有效宽度分析[J]. 石家庄铁道大学学报(自然科学版),2012,(1):30-33.
[11] 杨大勇. 预应力混凝土连续箱梁截面有效宽度的研究[D].吉林大学,2008.
摘 要：薄壁宽箱梁已是近年来高速公路和市政项目越来越青睐的一种桥梁型式，其截面抗弯刚度大，弯曲应力图形合理，能有效地抵抗正负弯矩，但由于剪力滞效应会引起翼缘应力分布不均匀，而目前现行规范仅对T型梁有效宽度折减做了条文说明。本文针对实际工程项目，根据公路规范近似得到单箱多室截面的有效宽度，研究总结有效宽度折减对其内力和应力的影响。
关键词：薄壁宽箱梁；剪力滞；有效宽度；结构响应
1前言
近年来预应力混凝土桥在我国发展较为迅速，桥梁跨度不断增大切横断面构造逐渐加宽，单箱多室大挑臂结构逐渐在各类结构中大量采用。
混凝土薄壁箱梁截面抗弯刚度大，弯曲应力图形合理，能有效地抵抗正负弯矩，在施工和使用过程中具有较强的稳定性，能较好地适应各种现代施工工艺，在现代桥梁中得到广泛应用。然而，薄壁宽箱梁在纵向弯曲时，由于剪力滞引起翼缘应力分布不均匀，因此，在应用初等混凝土梁理论解决混凝土薄壁箱梁时，需确定混凝土薄壁箱梁翼缘有效宽度，即对翼缘原宽度进行折减。
2有效宽度理论
薄壁箱梁的有效分布宽度问题，实质上就是以剪力滞理论为基础。用精确的理论来分析翼缘应力的不均匀分布规律是比较复杂的，尤其不便于工程中的广泛应用，。为了既能利用简单的初等梁理论公式，又能得到接近于翼缘实际应力的最大值，便提出了“翼缘有效宽度”的概念。并且由T.V.卡曼首先解决，一直沿用至今。翼缘有效宽的的简单定义是：按初等梁理论的公式也能算得与真实应力峰值接近相等的那个翼缘折减宽度。它的几何解释是：如图1中的真实应力峰值为高度的阴线矩形面积等于真实应力曲线所包围的面积，即阴线矩形面积的边长，便是翼缘的有效宽度。数学表达式为：
式中：为每侧翼缘的有效宽度； b为每侧翼缘的净宽度；
t为翼缘的厚度； 为副班与翼板连接处的应力峰值；
x为沿着跨长方向的坐标； y为沿着横截面宽度方向的坐标。
相比而言，我国现行桥梁设计规范中仅仅提出可参照T型梁的办法处理，没有对箱型梁有效宽度的具体规定，造成设计人员对箱梁桥进行弯曲变形和内力计算时无理论依据。本文采用我国规范中T型梁有效宽度计算条文，把薄壁宽箱梁人为分割成N个T型梁，分别计算有效宽度后算术叠加得到整个截面的近似有效宽度，研究翼缘有效宽度对结构内力、应力的影响。
4有效宽度研究实例
4.1项目背景
选取在建的某公路宽箱梁为工程背景，该桥桥面全宽18.6m，设计要求双向行驶。考虑到桥面较宽，设计采用单箱三室，跨中、支点横断面如下图2、图3所示。
把箱梁分割成N个T型梁，分别计算有效宽度后算术叠加得到整个截面顶板和底板的近似有效宽度。
部分截面近似有效宽度见表1，与原箱梁顶底板宽度比较见图4。
表1 宽箱梁部分截面近似有效宽度
有图可知，对于薄壁宽箱梁，在对结构进行整体分析求解截面应力时，由于应力大小与截面惯性矩直接相关，考虑有效宽度的应力计算值和未考虑有效宽度的应力计算值差别较大，尤其是在支点附近，所以在计算薄壁宽箱梁时根据规范对截面进行折减，充分考虑剪力滞的影响对计算结果是偏安全的。
5结论
由以上分析比较结果可知，
（1）对于箱型截面梁，在对结构进行整体分析时，比如求解多跨连续梁某截面的弯距等内力计算，由于内力的大小与梁的度有关，此时应采用截面的全截面进行计算，不需要考虑有效宽度。
（2）在进行结构具体分析时（如配筋、截面应力计算等），对于宽度较大的箱型截面梁，需要计入截面的有效宽度，按照有效截面进行计算。
参 考 文 献
[1] K.R.Moffatt, P.J.Dowling.British Shear Lag Rules for Composite Girders[J]. Journal of the Structural Division, ASCE,Vol.104,NO.STT,1978.
[2] 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].中华人民共和国交通部部标准
[3] 罗旗帜.薄壁箱形梁剪力滞计算的梁段有限元法[J].湖南大学学报，1991,(2)：33-38.
[4] 罗旗帜.多跨变截面连续箱梁桥剪滞效应分析[J].中国公路学报，1998,(1)：65-72.
[5] E.C.汉勃利.桥梁上部构造性能[M].人民交通出版社.
[6] 吴海林,冯广维. 箱梁横向内力分析及有效宽度[J]. 石家庄铁道学院学报,2001,(2):35-38.
[7] 杨允表,宋启根. 曲线箱梁剪滞效应及有效宽度的理论分析[J]. 东南大学学报,1994,(3):20-27.
[8] 经柏林,邵旭东,鲍卫刚. 变截面长悬臂宽箱梁桥翼缘有效宽度研究[J]. 中南公路工程,1998,(4):25-27.
[9] 赵志成,陈玉骥. 变截面连续梁桥主梁的有效宽度研究[J]. 西部交通科技,2013,(12):10-14.
[10] 马华东. 单箱三室连续宽箱梁有效宽度分析[J]. 石家庄铁道大学学报(自然科学版),2012,(1):30-33.
[11] 杨大勇. 预应力混凝土连续箱梁截面有效宽度的研究[D].吉林大学,2008.
