钢桁架作为箱梁横隔板的研究

宝玛扎那 赵一娜

（赤峰市交通运输局高等级公路管理处，内蒙古 赤峰024000）

0 前言

在梁式桥中,箱梁因其整体刚度大，抗扭能力强，逐渐被普遍使用，为了保证箱梁的横向刚度，箱梁的腹板之间要设横向连接，横向连接通常在梁端或连续梁中点截面处，当在墩台截面时称为横隔梁，在墩台截面以外其称为横隔板[1]。因箱梁跨径较大，在跨中位置桥面的横向联系较弱，所以应该增加必要的横向联系，使桥面受力更趋合理。

1 问题的提出

横隔板一般为混凝土结构，其厚度一般为0.3～0.6m[2]。如果以12m宽箱梁，跨中截面2.5m，横隔板厚0.5m，那么这块横隔板的自重将达35吨.，而且正处跨中，给箱梁受力带来极大的不利。在这在横隔板里需要张拉预应力钢筋束，加上施工控制未能完全达标，易产生沿横隔板“过人洞”边缘的竖向裂缝，严重时会产生贯通，一旦贯通，横隔板将彻底失去横向联系的作用。墩台截面的横隔梁需承担巨大的剪力，必须建造坚实的横隔梁，其厚度一般在1.5～2.5m，以提高其抗剪能力。而跨中截面剪力较小，不需要坚实的横隔板，横隔板太厚重，反而会增加太多的恒荷载，给桥梁结构带来不利影响。桥梁横隔板若设置不当造成裂缝贯通，将不能起到将强横向联系的作用，增加的自重带来的负面影响将远大于增强横相联系带来的积极作用。因此必须解决横隔板自重大，易开裂的问题，应该寻找一种更合理的结构——自重轻，刚度大，承载能力高，并能够起到横向联系作用的新结构。

2 钢桁架代替混凝土横隔板

2.1 桁架模型

钢材具有很好的抗拉性能，同时型钢的抗压能力也很强，因此用型钢制作的钢桁架既有拉杆又有 撑杆，钢材利用率较高，具有较强的支撑能力，并且结构自重轻。在同样的的承载能力下，钢桁架的重量远小于混凝土的重量。在实际工程中，在箱梁跨中需要做成空间桁架，沿梁长方向长度1m左右为宜。施工简单，在箱梁浇筑时预先埋置剪力键，等到混凝土具有一定强度后，再焊接桁架。剪力键采用栓钉剪力建，栓钉的钉杆直径一般为12～25cm，常用的直径为16～19mm。所选用的顶杆直径不宜超过被焊钢梁一般厚度的2.5倍；栓钉高度与栓钉直径之比应不小于4。栓杆上部做成大头或弯钩，大头直径不得小于栓杆直径的1.5倍[3]。

2.2 受力分析

2.2.1 恒载分配计算

把横隔板及顶板前后各一部分截取出来作为隔离体，作用在横隔板上的力等于每个腹板前后截面上的剪力之与顶板重力之和。恒载在整个桥上的分布是均匀的，如果箱梁的各腹板间距相等，各个腹板承受的竖向力虽然可能不完全相等，但其分布一定是均匀的，因此可以把横隔板所受的恒载竖向力均分于各个腹板。

2.2.2 活载分配计算

汽车活载最不利时应该是车轮重轴直接压在横隔板上产生的，活载的分布以轮距为准，靠近该横隔板的车轴产生的效应扩散范围有限，也可以按轮距分布荷载，以上部分车辆荷载占了横隔板荷载的绝大部分。另外距离横隔板较远的车轴的荷载是通过纵梁腹板传递到横隔板上的，这部分荷载占横隔板荷载的较小部分，而且荷载在腹板上的分布规律也比较复杂，为简化计算，把这部分荷载也按轮距分布[4]。总之，汽车活载以轮距为准按横隔板影响线布置，因此活载反力最大值等于作用在横隔板上的车列活载竖向力之和。

2.3 计算原理

2.3.1 计算截面

大量计算表明，横隔板的矩形截面通常只负担了全部荷载产生的65%的效应[5]。剩余部分的荷载效应由旁边横隔板加腋及桥面板承担。因此为了使计算模型更符合实际情况，通常可以取横隔板厚度以外向两侧各6倍箱梁顶板厚度作为受力分析的对象。

2.3.2 计算模型

把横隔板作为隔离体，将横隔板看作简支梁、悬臂梁或连续梁。见图1所示。

2.4 桁架强度计算

根据以上步骤计算得到的内力，偏远全考虑，可按照容许应力法计算桁架形式及截面尺寸。容许应力法可用下式表示：

σ（N.S）≤[σ]

N——最不利的设计荷载标准值（不计荷载安全系数）引起的内力；

S——构件截面几何特征值；

σ——由设计内力引起的结构最大应力，是N和S的函数；

[σ]——材料的容许应力，其数值等于材料的极限强度初一安全系数K，一般取K=2～3。

3 结语

在已建成的许多连续梁桥中,横隔板裂缝出现贯通的现象并不少见,这将大大削弱混凝土横隔板的横向联系作用。本文所研究的理论解决了这个问题，利用钢桁架代替混凝土横隔板，不但减轻自重，而且不存在贯通裂缝的问题，通过设置剪力建，可以方便的焊接桁架，施工简单，容易控制。计算理论是在已有的横隔梁计算的基础上加以扩展，引入容许应力法，就可以确定桁架的形式及截面尺寸。因此计算上难度相对较低，施工上相对容易，值得推广。可以在1/4跨及3/4跨的位置增加钢桁架，以增加更多的横向联系。

［1］范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版 社,2001：247-271.

［2］周水兴,何兆益,等,编.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社,2001：125-168.

［3］黄桥.桥梁钢-混凝土组合结构设计原理[M].北京：人民交通出版社,2004：40-53.

［4］张继尧,王昌将.悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥[M].北京：人民交通出版社,2004：40-53.

［5］王丰华,谢明,张光华.重庆大佛寺长江大桥主桥横梁预加应力计算方法分析[J].公路交通技术,2004(2)：44-471.