摘要：本文介绍了整体式钢箱梁的详细构造，并通过工程实例对整体式钢箱梁的传力途径、纵向计算、横向计算、支承加劲肋计算以及构造细节等事项进行了阐述。最后总结了整体式钢箱梁构件的计算内容及确定方法。
关键词：钢箱梁桥；构造；设计；计算。
一、整体式钢箱梁的构造
1、总体布置
整体式钢箱梁是由底板、腹板、顶板、横隔板和横肋等构件以焊接方式连接而成，并形成单箱单室或单箱多室的整体式断面形式。
整体式钢箱梁的底板和顶板由横隔板及腹板、横肋等构件联结成整体受力体系。钢箱梁的顶板通常与桥面横坡平行，底板则可与顶板平行或水平向布置。整体式钢箱梁断面示意图如下：
图1 整体式钢箱梁断面示意图
2、底板和顶板的构造形式
整体式钢箱梁底板和顶板由底部和顶部面板与纵向加劲肋组成，纵向加劲肋的作用是防止在纵向弯曲压应力作用下钢板局部失稳。钢箱梁顶板设置纵向加劲肋后，单桥面板成为正交异形板，桥面板抵抗能力大幅增强，使竖向荷载通过桥面板传递到腹板和横隔板上。
纵向加劲肋的主要形式有开口加劲肋与闭口加劲肋两种，两者的区别如下：
由表1可知，顶板的纵向加劲肋主要用闭口加劲肋，但顶板翼缘处非车行道部分处的加劲肋也可采用开口加劲肋。底板的纵向加劲肋主要用开口加劲肋。一般的闭口加劲肋采用U肋，间距一般为600mm左右，开口加劲肋采用平钢板或倒T形截面，间距一般为350mm左右。
3、腹板构造形式
整体式钢箱梁的腹板一般为直腹板和斜腹板两种形式。单箱多室截面钢箱梁中，外侧腹板一般为直腹板或斜腹板形式，腹板与顶板、底板共同组成单箱截面，箱梁内部仓室间多采用直腹板形式。
弯矩和剪力的共同作用下使得腹板产生弯曲应力和剪应力，腹板在过大的弯曲压应力作用下会发生弯曲失稳，需在腹板上设置纵向加劲肋，纵向加劲肋一般采用I肋形式，在腹板受压区范围内设置。腹板在过大的剪应力作用下会发生剪切失稳，需在腹板上设置竖向加劲肋（横肋），竖向加劲肋一般可采用平钢板截面或倒T形截面，横肋纵向间距一般3m左右，腹板纵向加劲一般纵向保持连续，在遇到横隔板与横肋处，开过焊孔通过。
表1 纵向加劲肋的主要形式
4、横隔板构造形式
钢箱梁桥承受荷载作用时，轮载直接作用于箱梁的顶板处，由于活载的偏心加载作用使箱形截面发生畸变而产生了横向弯曲变形，为了减少横向弯曲变形和局部应力过大，需增加截面的整体刚度，通过在箱梁的支点和跨间设置横隔板的措施来提高截面的整体刚度。
横隔板一般全桥纵向均匀布置，支点处横隔板还承受支反力产生的局部荷载，因此必须加强。
4.1中间横隔板形式
中间横隔板被腹板断开，每个箱室一块隔板，与顶底板及腹板焊接。横隔板纵向间距一般3～4m左右，与腹板竖向加劲肋交替布置。每块横隔板中间都设有进人孔，进人孔的孔口边缘设有加劲板，宽度一般100～200mm左右。
4.2支点横隔板形式
支点处的横隔板钢板厚度比中间横隔板钢板厚度要厚，具体厚度及支座横隔板数量由计算确定，一般1～3块，间距0～1000mm左右。支点横隔板横向在两块边腹板之间连续，将中间直腹板断开并焊接在支点横隔板上。支点横隔板与顶、底板共同组成支点横梁，上、下缘有效分布宽度由《公路钢结构桥梁设计规范》JTG D64-2015计算确定。支点横隔板上可不设进人孔，但须设置水平加劲肋及竖向加劲肋以防止弯曲失稳与剪切失稳。
5、悬臂翼缘构造
悬臂翼缘顶板处设置纵向加劲肋，在悬臂最外侧横向约1m宽度范围内，加劲肋形式多为平钢板截面（不受汽车活载），其它宽度范围内，加劲肋多为倒T形截面或U肋。翼缘横隔板与主梁横隔板
及腹板竖向加劲肋对应设置，翼缘板厚度与主梁横隔板相同或略厚，同时亦满足设计受力要求，翼缘板下缘需设置加劲板，宽度200～300mm左右。
二、工程实例
桥梁上部结构采用整体式连续钢箱梁结构，跨径布置为(38+51+38m)。钢箱梁为等高截面，裸梁高度2.4m，本桥双幅布置，其中单幅桥面标准宽度13m，净宽12.74m。采用单箱双室截面，箱梁顶板厚度取16mm，底板及腹板厚度采用14mm，横隔板的纵向布置间距为3m，腹板竖向加劲肋（横肋）纵向布置间距为3m，横隔板和横肋纵向交错布置。顶板纵肋采用U肋及I肋，U肋间距550mm，I肋仅用于翼缘板外边缘；腹板纵向加劲板为I肋；底板加劲板为I肋，间距380mm。钢材材质为Q345qE。标准截面处箱梁横向设双支座，支座中心距3.8m。
桥面铺装层采用8cmC50钢纤维混凝土，5cm SBS改性沥青混凝土AC-16C及4cm SBS改性沥青马蹄脂碎石混合料SMA-13（掺0.25%聚酯纤维），桥面铺装层总厚度为17cm。
钢箱梁断面图如下：
图2 中间横隔板断面示意图
图3 腹板竖向加劲肋断面示意图
图4 支点横隔板断面示意图
钢箱梁顶平面布置图如下：
图5 1/2钢箱梁平面布置图
结构传力路径：桥面板→纵肋→横隔板→腹板→支点横梁→支座。
三、结构计算
1、钢箱梁的纵向计算
1.1主梁体系（第一体系应力）
连续钢箱梁桥，正弯矩跨中处最大，负弯矩支点处最大。桥梁计算可通过单梁模型，得出钢箱梁翼缘处的最大拉、压应力。
1.2桥面体系（第二体系应力）
车轮荷载作用由桥面系直接承受，桥面系上的荷载传递到横隔板。将纵肋及桥面板简化为纵梁，支撑于横隔板上，计算纵梁在荷载作用下的应力；纵肋穿过横隔板保持连续，所以纵肋具有连续梁的特性。本工程中，横隔板纵向间距3m，将纵肋及桥面板组成的纵梁按跨度等于3m的简支梁计算可得到简化纵梁最大压应力；将纵肋及桥面板组成的纵梁当做多跨度3m的连续梁计算可得到简化纵梁的最大拉应力。
顶板加劲肋有U肋和I肋，分别计算两者并取应力值最大者。受压翼缘宽度可按《公路钢结构桥梁设计规范》JTG D64-2015取值，U肋可以将两腹板合在一起，可简化为如下截面形式。
图6 I肋截面 图7 U肋截面
顶板既受第一体系应力，又受第二体系应力，因此顶面总应力应将两者的最大应力对应叠加（拉+拉，压+压）；底板仅受第一体系应力，所以纵向单梁模型中的应力即为底板的实际应力。
应力叠加过程如下表所示。
表2 纵向正应力计算结果
根据纵向正应力计算结果，可判断梁高、顶、底板厚度是否合适，根据纵向剪应力结果，可判断腹板厚度及腹板个数是否合适。
2、钢箱梁横向计算
1.1中间横隔板计算
中间位置横隔板横向受弯，可简化为简支于腹板间的简支梁，截面可简化为为工字型截面，顶底板宽度按《公路钢结构桥梁设计规范》JTG D64-2015确定。注意车辆荷载要按最不利位置加载。
图8 横隔板加载示意
图9 横隔板计算断面
图中，q1+q2为自重荷载+二期恒载，p1为车辆荷载的车轮作用点。
根据正应力大小可判断横隔板间距是否合适（横隔板的间距影响顶、底板有效宽度）；根据剪应力大小可判断横隔板厚度是否合适。
1.2支承横隔板计算
支承横隔板主要承受腹板传递的集中力，支承横隔板横向受弯，简化为简支于支座处的简支梁进行计算。本工程支承横隔板为单根横隔板组成，因此计算截面可简化为工字型截面。集中力大小为支点处腹板所受的剪力值。
图10 支承横隔板加载示意
图11 支点横梁计算断面
根据支点横梁正应力大小可判断横梁腹板（即横隔板）间距、顶底板厚度是否合适（在支点处顶底板会加厚），根据支点横梁剪应力可判断横梁腹板厚度及横梁腹板个数是否合适。
1.3钢箱梁悬臂翼缘计算
计算弯曲应力时，悬臂翼缘可简化为一端固结一端自由的悬臂梁，，截面取工字型截面，顶板按《公路钢结构桥梁设计规范》JTG D64-2015计算其有效宽度。
图12 悬臂横隔板加载示意
图13 悬臂横隔板计算断面
图中，q1+q2为自重荷载+二期恒载，p1为车辆荷载的车轮作用点。
根据正应力可判断底板宽度及厚度是否合适，根据剪应力判断横隔板厚度及高度是否合适。注意翼缘横隔板被纵肋削弱的部分很大，剪应力不应过高。
3、钢箱梁支承加劲肋的计算
钢箱梁支承加劲肋承受竖向支反力的作用，支承加劲肋需验算竖向应力以及局部承压应力，计算内容如下。
式中，RV为支座反力；As为横向加劲肋截面积之和；tD为腹板厚度；Beb为腹板局部承压有效宽度，考虑支点板的45°的扩散作用Be=B+2(tf+ tb)；B为支座垫板宽度；tf为下翼板厚度，tb为支座垫板厚度。Bev为腹板有效宽度。
四、细部构造
1、翼缘处纵向加劲肋的焊接
翼缘处横隔板高度较小，并且还要开孔以保证纵向加劲肋穿过，因此在开孔截面横隔板的剪力将大大增加。为了防止剪力过大，翼缘处纵向加劲肋与横隔板间的焊接须增加焊接垫板，以增大横隔板的受剪面积。
2、支承加劲肋的布置
支承加劲肋的布置不仅与计算有关，同时也与支座的螺栓位置有关，在考虑支承加劲肋的横向间距时，应注意不要与支座的螺栓位置冲突。
3、顶底板及腹板的加厚区长度
在支点横梁的计算中，箱梁顶、底板作为截面的一部分参与了计算，为了减小支点横梁的应力，参与计算的顶底板会适当加厚，其厚度大小由应力控制，加厚长度应大于参与计算的有效宽度的长度；箱梁剪应力在支点处最大，为了减小最大剪应力，支点处的腹板也会适当加厚。
五、小结
1、整体式钢箱梁构件的计算内容及确定方法
表3 钢箱梁构件的计算内容
六、结语
本文介绍了整体式钢箱梁的总体布置以及各部位的详细构造，并通过工程实例对整体式钢箱梁的受理原理及传力路径作了阐述；并详细介绍了钢箱梁纵向和横向在设计过程中如何进行计算、并给出支承加劲肋的计算方法；并对构造细节等事项进行了阐述。最后总结了整体式钢箱梁构件的计算内容及确定方法。
参考文献
[1] 吴冲．《现代钢桥》．北京：人民交通出版社．2006。
[2] 《公路钢结构桥梁设计规范》JTG D64-2015．北京：人民交通出版社．2015。
论文作者:祝国栋
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/10
标签：横隔论文; 腹板论文; 应力论文; 纵向论文; 截面论文; 底板论文; 顶板论文; 《基层建设》2018年第22期论文;