预制箱梁剪扭承载能力验算

王乐群 於方莹 叶小宝

(浙江省交通规划设计研究院，浙江杭州 310006)

预制预应力混凝土箱梁施工方便，常用于中小跨径桥梁上部结构［1］。目前钢筋混凝土剪扭构件的承载能力按照受扭构件承载能力和受剪构件承载能力分别进行计算，然后叠加起来［2］。但是共同承受剪扭的构件，其剪力和扭矩对构件内的混凝土和箍筋均有一定影响。试验表明，构件在剪扭共同作用下，其截面的某一受压区域内承受剪力和扭转应力的双重作用，这必将降低构件内混凝土的抗剪和抗扭承载能力。本文根据现行预制箱梁通用图，并结合工程实例，对预制箱梁抗剪扭承载能力进行验算。

1 工程概况

某工程预制箱梁标准横断面如图1所示，跨径布置26.2 m+2×30 m+26.2 m，单幅桥宽 16.25 m。箱梁梁高 1.6 m，顶板厚18 cm;跨中截面底板厚18 cm、腹板厚18 cm;支点截面底板厚25 cm、腹板厚25 cm;中梁预制宽度2.4 m、边梁预制宽度2.85 m。本文对左幅箱梁进行验算，各片箱梁编号如图2所示。

图1 预制小箱梁标准横断面

图2 预制箱梁跨中截面

2 规范计算方法

弯、剪、扭共同作用的承载能力相关关系比较复杂，文献［2］对弯剪扭共同作用构件的承载能力计算采用部分相关、部分叠加的简化计算方法，即对混凝土抗力部分考虑相关性影响，对钢筋的抗力部分采用叠加的方法。矩形或箱形截面承受弯剪扭的构件，其抗剪扭承载力应按下式计算:

纯扭构件纵向钢筋与箍筋的配筋强度比:

对于钢筋混凝土构件，ζ值应符合0.6≤ζ≤1.7的要求，当ζ ＞1.7 时，取1.7。设计时可在 0.6～1.7 之间取略大的数值，以减少抗扭箍筋的数量，一般可取1.2左右。

剪扭构件混凝土抗扭承载力降低系数:

对于截面尺寸和配筋均已知的剪扭构件进行承载力复核一般按下列步骤［3］:1)抗剪截面上、下限复核;2)按式(4)计算剪扭构件混凝土抗扭承载力降低系数βt;3)利用式(1)计算抗剪所需单肢箍筋截面面积，从实际配筋的单肢箍筋截面面积中减去抗剪所需单肢箍筋截面面积，剩余部分即为可供承担扭矩的单肢箍筋截面面积Asv，1;4)根据弯矩设计值确定抗弯钢筋数量，从实际布置在弯曲受拉区的全部纵筋中减去抗弯纵筋，剩余部分即为可供承担扭矩的受拉边抗扭纵筋，并将其与布置在弯曲受压区的纵筋相比较，取其中较小者。根据抗扭纵筋对称布置的原则，求得沿截面四周布置的抗扭纵筋总截面面积Ast;5)将上述求得的能够用来承担扭矩的单肢箍筋截面面积Asv，1和抗扭纵筋截面面积Ast，代入式(3)，求得纯扭构件纵向钢筋与箍筋的配筋强度比ζ;6)根据已经求得的 Asv，1，Ast，ζ，代入式(1)求得抗扭承载能力 Tu，若 γ0Td≤Tu，则抗扭承载能力满足要求。

3 有限元模型

预制组合箱梁整体受力，截面剪力和扭矩不能从单片梁计算得出，本文建立组合箱梁的梁格模型，如图3所示。箱梁预制时间15 d，模拟简支转连续施工过程，考虑汽车左偏布置和右偏布置两种荷载工况。因此，可从有限元分析结果中获取各片箱梁的内力值。

图3 组合箱梁的梁格模型

4 剪扭承载能力验算

结合上述计算方法及有限元的计算结果，选取边梁和中梁不同截面位置进行剪扭承载能力验算。1)边跨边梁支点截面。该截面腹板和底板加厚，箍筋间距为10 cm。根据最不利荷载工况，该截面的设计剪力值γ0Vd和设计扭矩值γ0Td分别是1 735.6 kN，54.9 kN·m。2)中跨中梁距离支点3.26 m位置处。该截面腹板常宽，底板不加厚，箍筋间距为20 cm。根据最不利荷载工况，该截面的设计剪力值γ0Vd和设计扭矩值γ0Td分别是1 529.6 kN，426.1 kN·m。为简化内容，具体验算过程不列出，上述两处截面验算结果如表1所示。

表1 剪扭承载能力验算

从表1的计算结果得出:截面1抗扭承载能力满足要求，但是ζ值偏小;截面2的抗扭承载力小于该截面处的扭矩设计值。

5 结语

本文根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》的剪扭构件计算方法，对现行预制箱梁通用图进行剪扭承载能力验算，得出如下结论:1)现行图纸预制箱梁腹板纵向分布钢筋采用直径8 mm的R235钢筋，导致抗扭纵筋偏少，可适当加大腹板的分布钢筋直径;2)箍筋不加密处部分截面剪扭承载力不满足要求，可增加支点附近箍筋加密段的范围。

［1］姜兴刚.谈后张法预制预应力箱梁施工［J］.山西建筑，2014，40(2):200-201.

［2］JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.

［3］张树仁，郑绍珪，黄 侨，等.钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理［M］.北京:人民交通出版社，2004.