谈钢筋混凝土箱梁顶板横向受力有效分布宽度的塑性

薛 华

(山西省闻喜公路管理段，山西 闻喜 043100)

在此次研究中笔者使用极限平衡法对钢筋混凝土箱梁顶板塑性横向受力有效分布宽度和极限承载力进行分析，使用简化破坏模式刻画钢筋混凝土箱梁顶板在塑性阶段的横向受力特征。实验证明，混凝土箱梁顶板的横向受力有效分布宽度大小与弹性阶段受到的横向受力有效分布大小有关，箱梁顶板在局部荷载的作用下会进入塑性阶段。

1 钢筋混凝土箱梁顶板的横向受力有效分布宽度

有关钢筋混凝土的箱梁顶板横向受力有效分析宽度的研究有很长的历史，在研究过程中生成了很多简化计算方法。在不同规范下钢筋混凝土箱梁顶板的横向受力有效分布宽度不同(见表1)，箱梁顶板在荷载作用下达到承载力极限状况时，混凝土箱梁板面的上下部会出现多条裂缝线，顶板会被分割成许多块，裂缝处会达到屈服强度，截面承受弯矩发生转动。箱梁顶板受到荷载作用出现的裂缝就是塑性绞线，当箱梁顶板上的塑性绞线越来越多时，会将钢筋混凝土箱梁顶板变成几何可变体系。钢筋混凝土箱梁顶板所达到的承载力极限状态是箱梁顶板所能承受的极限荷载。

表1 不同规范下的横向受力有效分布宽度 m

2 钢筋混凝土箱梁顶板横向受力有效分布宽度的塑性分析

2.1 箱梁顶板的破坏模式

假设箱梁顶板受到局部荷载作用，以荷载作用为中心的圆弧上会存在负绞线。负绞线所在的圆弧半径上等间距分布着正绞线，这种破坏模式呈“扇形”分布，能够很好模拟出钢筋混凝土箱梁顶板的破坏形态。扇状破坏模式的计算方法复杂，在实际应用中大多使用简化后的三折线破坏形式分析箱梁顶板的极限状态。

2.2 箱梁顶板的极限平衡法分析

当局部分布荷载作用在钢筋混凝土箱梁的顶板上时，可以将破坏形式假定为简化的三折线破坏形式。箱梁顶板的长度为H，荷载作用面积a×b，荷载作用点距箱梁顶板边缘的距离为t。负绞线在顶板边缘根部沿线上的投影长度是顶板在局部荷载作用下产生的塑性横向受力有效分布宽度。当箱梁顶板内的配筋沿x,y两个方向上为等间距布置时，正塑性绞线在x,y方向内的极限弯矩mx,my分别为：

mx=Amxfyrβhαx。

my=Amyfyrβhαy。

表2 各种配筋情况下塑性有效分布宽度值

3 塑性有效分布宽度的确定

根据以上分析，使用三折线破坏模式计算箱梁顶板的极限状态，得出结果为：正绞线扩散角α为45°，符合试验结果；负绞线的扩散角β为30°，平均误差为2.24%，最大误差为4.15%。正、负绞线沿着y轴投影长度的计算值与实验值相吻合，平均误差1.21%,5.77%，最大误差1.93%,6.78%，所以使用极限平衡法分析钢筋混凝土箱梁顶板横向受力有效分布宽度的塑性是可行的。箱梁顶板的塑性有效分布宽度与配置情况和荷载作用位置相关，可以使用简化的三折线破坏模型对塑性横向受力的有效分布宽度进行计算，得到正绞线扩散角45°、负绞线扩散角60°。

4 结语

在实际运用中人们常常忽略了桥规对箱梁顶板的横向受力有效分布的塑性分析，通常只考虑箱梁顶板位于弹性阶段的情况，没有重视非线性因素对箱梁顶板的横向受力有效分布宽度的变化发展。箱梁行车道板的横向受力分析和非线性阶段下的塑性绞线发展与一般的双向或单向板不同，传统意义上的双向或单向板的受力特征不同详细描述出箱梁行车道板的受力性能。采用三折线破坏模型计算箱梁顶板的极限承载力与塑性横向有效分布宽度，计算结果与试验结果吻合。箱梁顶板的塑性横向有效分布宽度是弹性分析的1倍～4倍，确定钢筋混凝土箱梁顶板横向受力有效分布宽度的塑性能够有效预防顶板的纵向裂缝，规范混凝土桥梁的疲劳设计，提高道路桥梁工程的使用寿命。

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