【摘 要】对于那些具有较大宽跨比的箱梁，其往往具有比较复杂的应力横向分布，本文以实际施工桥梁工程为例，选用Midas FEA程序，对实体有限元模型予以构建，并依据预应力宽箱梁在受力方面所具有的相应特点，通过计算分析得出各种效应的横向应力的分布状况，进而从中获取各种效应所具有的横向分布规律，以此为相关桥梁设计者提供理论依据。
【关键词】宽箱梁；横向作用模型；实体有限元
伴随当今社会经济及各种技术的迅猛发展，基于城市区域内的交通量则呈现出日渐增大的趋势，一些城市的高架桥通常选用的是具有比较大宽跨比的预应力现浇箱梁，而这些箱梁具有比较大宽跨比，其横向应力在具体的分布方面也呈现出十分复杂状况。本文以某一联4x30m等截面现浇预应力混凝土连续箱梁为例进行分析，选用Midas FEA程序，对实体有限元模型予以构建，并依据预应力宽箱梁在受力方面所具有的相应特点，对温度效应、横向预应力及自重进行计算分析，从中得出各种效应的横向应力的分布状况，进而从中获取各种效应所具有的横向分布规律，以此为相关桥梁设计者提供理论依据。
一、工程概况
箱梁上部结构一联为4×30m，等宽且等高的现浇预应力混凝土连续箱粱。该工程上部箱梁采用的是单箱五室，其顶板宽度为32m，而底板的宽度则为23m，箱梁的高度为2m。对于主梁而言，其所选用的乃是C50混凝土，而混凝土腹板的厚度则依据实际施工需要维持在55~95cm之间。横向预应力束所运用的乃是低松弛高强度预应力钢绞线，而纵向预应力束也采用同种钢绞线，每根钢绞线的直径均为15.23mm，其公称面积则为A=135mm2，在强度方面则为fpk=l850Mpa，所具有的弹性模量则为E=1.90×102MPa，而钢束所具有的张拉控制应力乃为0.72fpk。
二、构建模型
运用Midas FEA 程序对全桥的三维模型进行构建，该工程共有106829个混凝土单元，共计538个钢筋单元。对于实体单元而言，则需依据《公路桥涵设计通用规范》及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，将诸如车辆、温度荷载、预应力束、二期恒载及自重等所造成的影响计入其中。
1.单荷载作用下的横向应力分析
（1）自重（含二期恒载）。对于自重横向应力而言，其产生区间为 -5.3Mpa（压）~5.4Mpa(拉)，将约束处所存在的盈利集中部位予以剔除，则所具有的横向应力则维持在-32Mpa(压)~+2Mpa(拉)区间内。而对于跨中截面处所具有的横向盈利则维持在-1.3Mpa(压)~+1.3Mpa(拉)区间内。
（2）横向预应力。预应力所生成的横向应力值为-14Mpa(压)~+ 2.2Mpa(拉)区间内，如若将约束处所存在的应力集中部位予以剔除，则此时的横向应力值则为维持在-9Mpa(压)~+1.1Mpa(拉)区间内。而跨中截面处所具有的横向盈利则维持在-6Mpa(压)~+0.5Mpa(拉)区间内。
（3）整体升温。基于整体升温情况下所形成的横向应力维持在-0.3Mpa(压)~+0.05Mpa(拉)区间内，而将约束处所存在的盈利集中部位予以剔除，则此时的横向应力值则为维持在-0.2Mpa (压)~+0.02Mpa(拉)区间内。而跨中截面处所具有的横向应力则维持在-0.1Mpa(压)~+0.01Mpa(拉)区间内。由此可知，整体升温对横向应力所具有的贡献比较小。
（4）整体降温。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆整体降温情况下所形成的横向应力维持在-0.03Mpa (压)~+0.3Mpa(拉)区间内，而将约束处所存在的应力集中部位予以剔除，则此时的横向应力值则为维持在-0.02Mpa(压)~+0.2Mpa(拉)区间内，跨中截面的横向应力区间为-0.02Mpa(压)~+0.1Mpa。由此可知，整体降温对横向应力所具有的贡献比较小。
（5）梯度升温。梯度升温情况下所形成的横向应力维持在-0.7Mpa (压)~+0.6Mpa(拉)区间内，而将约束处所存在的应力集中部位予以剔除，则此时的横向应力值则为维持在-0.4Mpa(压)~+0.4Mpa(拉)区间内，跨中截面的横向应力区间为-0.5Mpa(压)~+0.4Mpa。
（6）梯度降温。梯度降温情况下所形成的横向应力维持在-0.5Mpa (压)~+0.7Mpa(拉)区间内，而将约束处所存在的应力集中部位予以剔除，则此时的横向应力值则为维持在-0.4Mpa(压)~+0.4Mpa(拉)区间内，跨中截面的横向应力区间为-0.3Mpa(压)~+0.4Mpa。
（7）公路I级车道荷载。处于对称布置的6车道，其荷载情况下所形成的横向应力维持在-0.3Mpa(压)~+O.2Mpa(拉)区间内，将约束处所存在的应力集中部位予以剔除，则此时的横向应力值则为维持在-0.12Mpa(压)~+0.12Mpa(拉)区间内，跨中截面的横向应力区间为-0.1Mpa(压)~+0.1Mpa。由此可知，针对对称布置的车道而言，其荷载对横向应力所具有的贡献较小。而对于那些不对称布置的3车道而言，则其载荷所形成的横向应力区间为-0.1pa(压)~+0.1Mpa(拉)，将约束处应力集中部位剔除掉，则此时的横向应力值则为维持在-0.4Mpa(压)~+0.3Mpa(拉)区间内，跨中截面的横向应力区间为-0.3Mpa(压)~+0.3Mpa。
（8）车辆荷载。如若车辆荷载在箱室悬臂端起作用时，则顶板拉应力所产生的最大值大约为0.2Mpa，而对于底板压应力而言，其所具有的极值则为0.14Mpa。如若车辆荷载所具有的作用力位于箱室跨中时，则此时所形成的桥面板拉应力所存在的最大值则为0.2Mpa，Mpa最大值则为0.14Mpa。
2.荷载组合作用下的横向应力
（1）对极限状态组合正常使用。在温升+车道+预应力+自重荷载组合下，其所产生的横向应力维持在14Mpa压应力至1.77Mpa拉应力，而在约束附近，则为拉压应力极值部较为集中的部位，此状况则相关于有限元模型的支撑简化。若将应力集中位置去除，则底板及箱梁腹板具有较大的拉应力，大约1Mpa。而悬臂承托处则为横梁的横向应力极值位置，大约具有1.1Mpa的拉应力。
（2）对极限状态组合正常使用，所谓极限状态组合即为温降+车道+预应力+自重，于荷载组合状况下，其横向盈利则维持在11Mpa压应力至1.4Mpa拉应力区间内，约束附近则为拉压应力极值较为集中的部位，此状况则相关于有限元模型的支撑简化。若将应力集中位置去除，则底板及箱梁腹板具有较大的拉应力，大约1.4Mpa。而悬臂承托处则为横梁的横向应力极值位置，大约具有1.1Mpa的拉应力。
三、结论
在单项荷载当中，随着温度梯度、预应力及自重的变化，对截面的横向应力具有较大影响的乃是车辆载荷，而横向应力具有较小影响的乃是对称布置的车道荷载及整体温度变化。如若对状态短期效应荷载组合正常使用的情况下，截面横向拉应力所具有的极值将达到1.4 Mpa；另外，通常情况下，在悬臂承托处易出现横梁的横向应力极值。
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论文作者:黄勤
论文发表刊物:《低碳地产》2016年9月第17期
论文发表时间:2016/11/10
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