预应力混凝土箱梁剪力滞效应分析

（重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074）

预应力混凝土箱梁剪力滞效应分析

袁 航

（重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074）

随着预应力混凝土箱形梁桥向长悬臂板、大肋间距的简洁型单箱单室截面方向发展，箱梁翼板剪力滞效应将更为严重。本文以某座三跨变截面连续宽箱梁桥为工程背景，通过对比Midas Civil和Midas FEA计算结果，分析了箱梁翼板竖向弯曲应力的空间分布特征，发现不同荷载条件下箱梁翼板剪力滞效应不同。

梁桥；预应力混凝土；宽箱梁；剪力滞；翼板有效宽度

1 引言

我国现行桥梁设计规范中尚缺乏关于确定宽箱梁有效分布宽度的合理计算方法，从而在进行桥梁配筋设计时将产生一定误差并对结构安全不利0~错误！未找到引用源。。因此在设计桥梁时如果不考虑剪力滞效应对桥梁整体结构的影响，其结果将会导致桥梁在日常运营当中存在着潜在危险。本文以一座48m+80m+48m预应力混凝土为例，通过建立空间实体模型来研究在多种工况下宽箱梁的剪力滞效应，并分析在初等梁理论基础下计算宽箱梁的应力的局限性。

2 有限元模型建立

1.1模型验证

本文采用Midas Civil和Midas FEA有限元分析软件分别对该桥进行有限元模型模拟并对其进行相应分析，根据该三跨变截面连续箱梁桥设计要求，梁体采用C60混凝土其容重γ=26kN/m，弹性模量E=3.4554e4MPa。预应力钢束采用strand1860 钢绞线其容重γ=78.5kN/m，弹性模量E=1.95e5MPa。根据不同软件特性，采用Midas Civil建立三跨变截面连续箱梁桥的梁单元模型而采用Midas FEA软件则建立相应的三跨变截面连续箱梁桥实体模型，通过对比两种模型在相同受力状态下的计算结果再进行详细分析，其中模型如下图所示。

图1 混凝土梁体单元划分图

通过对Midas Civil和Midas FEA各软件所计算的各控制截面的弯矩、应力进行分析、比较、验证，发现在不同的荷载工况荷载作用下Midas Civil和Midas FEA计算得到的结构关键控制截面的竖向弯矩基本一致，误差均较小，这一方面证明了Midas FEA模型的正确性和有效性，同时也说明采用梁单元模型可以准确的计算梁体截面内力，同时对下一步本文所分析的预应力宽箱梁剪力滞效应的准确性提供保障。

3 箱梁剪力滞效应分析

3.1应力分布

为评价弯曲正应力沿宽箱梁翼缘的不均匀分布情况，特定义剪力滞系数λ和应力差Δσ有公式（1,2）其中：σ为同一高度处弯曲正应力的平均值；σmax和σmin分别为同一高度处弯曲正应力的最大值和最小值。

宽箱梁在不同的荷载工况下应力分布表现不同，对剪力滞效应的大小影响也有差异。为了有效分析剪力滞效应，本文分别计算分析自重、纵向预应力、二期恒载、汽车荷载、温度五种荷载效应在控制截面处弯曲正应力的分布规律。表1分别给出了自重荷载、纵向预应力荷载、二期荷载、温度以及车辆荷载作用下各控制截面上下缘相应剪力滞系数λ，从表中数据可以看出在各荷载工况作用下剪力滞系数在大部分截面均大于1.1，其中预应力与温度荷载作用下的剪力滞效应表现更为突出错误！未找到引用源。。这表明剪力滞效应产生的影响使得宽箱梁横向应力分布与初等梁理论所得结果的具有显著差异。因此在桥梁设计时，剪力滞效应的影响必须引起注意。

表1 各控制截面剪力滞系数λ

4 结论

本文通过采用有限元分析软件Midas Civil和Midas FEA对某工程箱梁进行空间力学行为精细化分析，分析了各荷载工况下的应力分布规律，并计算了该箱梁在各控制截面在不同荷载工况下的剪力滞系数，通过对应力分布及剪力滞系数的分析发现，在不同荷载条件下箱梁的不同位置处剪力滞系数差异明显，因此在工程中对于不同位置处的箱梁应力也具有较大差别，在应力较大截面处需要适当增加防护措施，在设计当中需要引起重视。

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