1、裝配式預應力混凝土連續箱梁橋計算模擬方法研究賈舒陽1，張文1（內蒙古交通設計研究院有限責任公司，內蒙古呼和浩特，）摘 要：裝配式預應力混凝土連續箱梁橋廣泛應用于橋梁建設中，目前該類橋梁的簡化計算分析方法尚未有較成熟的研究結論，本文結合某已建裝配式預應力混凝土連續箱梁橋的驗算分析，探討該類橋梁的計算模擬方法，或可為該類橋梁的建模分析提供參考。1 研究背景裝配式預應力混凝土連續箱梁橋，因其“可工廠批量預制、方便施工”的優點，廣泛應用于橋梁建設中，是目前國內使用最多的一種橋梁結構。目前該類橋梁的計算分析多基于梁格法理論建立模型，僅考慮橫梁及主梁對箱梁整體受力的貢獻，這種模擬方式不甚準確，而濕接縫如何

2、模擬、橋面現澆層對結構的貢獻如何考慮，這些問題目前并未有太多研究。本文結合某已建裝配式預應力混凝土連續箱梁橋的驗算分析，利用MIDAS/CIVIL進行建模分析，探討該類橋梁的計算模擬方法。該橋上部結構為裝配式預應力混凝土連續箱梁橋，橋寬12.25m，跨徑5-20m，由4根單箱單室小箱梁裝配組成，梁高1m，現澆濕接縫寬度66cm，橋面現澆層10cm，橋面瀝青混凝土鋪裝7cm，墩頂位置設置寬度為1m的中橫梁，箱梁滑動端設置寬0.5m的端橫梁。該橋設計荷載標準為汽-超20級、掛車-120級，橋面設混凝土防撞墻，單向2車道。施工順序為：架梁現澆濕接縫現澆中橫梁現澆端橫梁現澆橋面現澆層鋪設橋面瀝青混凝土

3、。其中，橋面現澆層在中橫梁上方設置剪力筋且配置縱橫向加強筋，橋面現澆層與中橫梁聯成整體，澆注中橫梁時，中橫梁與上方橋面現澆層一次澆筑成型，而其余部分橋面現澆層僅配置抗裂鋼筋網，未設置剪力筋。圖1 預制中梁跨中截面（單位：cm）圖2 預制邊梁跨中截面（單位：cm）圖3跨中典型橫斷面（單位：cm）2 建模方法常用的此類橋梁空間有限元建模方法有梁格法、實體單元法等。（1）梁格法：該方法建模較直觀，易于理解，缺點是如何梁格特性選用得準確程度直接影響計算結果的準確性。（2）實體單元法：實體單元法計算結果較接近實際受力狀態，但其計算方法復雜，建模需耗費較多時間，不太適合設計人員使用。綜上分析，本次驗算采用

4、梁格法進行建模分析。3 有限元建模過程（模型一）本次計算分析采用MIDAS/CIVIL進行，采用梁格法建模，箱梁典型斷面如圖4-圖6。（1）考慮濕接縫對箱梁縱向剛度的貢獻，在建立箱梁截面時，翼緣部分加入了濕接縫的寬度；（2）考慮到橋面現澆層對中橫梁剛度的貢獻，同時考慮到此次為橋梁驗算，應偏于實際考慮，根據現場檢測報告，橋面現澆層完好無損，可視為整體參與受力，故建模時，中橫梁截面加高10cm以計入橋面現澆層對剛度的貢獻；（3）考慮到中橫梁、端橫梁及濕接縫在箱梁受力過程中起著橫向聯系的作用，橫向聯系模擬的準確與否對結構受力有著較大的影響，故分析中重點考慮了橫向聯系的模擬方式：在墩頂及箱梁滑動端建立

5、橫向單元，截面分別采用圖6、圖7所示尺寸。其余部分，箱梁每隔1m設置一道橫向聯系，截面賦予圖8所示尺寸，以模擬濕接縫對箱梁的橫向剛度的貢獻。（4）模型全部截面均輸入了普通鋼筋分布情況，以充分考慮普通鋼筋對截面剛度的貢獻。（5）賦予上述單元C50混凝土特性，其中濕接縫重量已在縱向截面中考慮，故橫向濕接縫單元其材料特性為C50（重度=0）。（6）施工階段設置為：架梁（設置臨時支座支承）現澆濕接縫現澆中橫梁現澆端橫梁設置永久支座、拆除臨時支座澆筑防撞墻現澆橋面現澆層（除中橫梁頂端部分）鋪設橋面瀝青混凝土。成橋狀態橋梁計算模型如圖9所示。圖4 模型中中梁跨中截面（單位：cm）圖5 模型中邊梁跨中截面（

6、單位：cm）圖6 模型中中橫梁縱向截面（單位：cm）圖7 模型中中橫梁橫向截面（單位：cm）圖7 模型中端橫梁橫向截面（單位：cm）圖8 模型中現澆濕接縫橫向截面（單位：cm）圖9 模型一成橋狀態計算模型4有限元建模過程（模型二）考慮到如今該種橋型計算分析中，通常不考慮濕接縫對橫向剛度的貢獻，模型二與模型一基本一致，但未建立橫向濕接縫單元。成橋狀態計算模型如圖10所示。4 計算結果及分析利用模型一驗算發現，汽-超20級荷載作用下：第4跨中梁跨中1m范圍內截面底部開裂且抗剪強度不足；中橫梁截面尺寸偏小，該部分配筋率較高，其抗力雖滿足要求，但由于中橫梁處于超筋狀態，依然會產生斜向裂縫。利用模型二驗算發現，汽-超20級荷載作用下：第4跨中梁跨中5m范圍內截面底部開裂且抗剪強度不足；中橫梁截面尺寸偏小，該部分配筋率較高，其抗力雖滿足要求，但由于中橫梁處于超筋狀態，依然會產生斜向裂縫；中橫梁橫向抗裂剛度不足，梁底開裂。該橋檢測表明：該橋第4跨跨中0.8m范圍內截面底部開裂，墩頂中橫梁梁體斜向裂縫較多。經對比可發現，模型一驗算結論與橋檢報告接近，該模擬方法更接近箱梁的實際受力狀態。5 結語濕接縫對裝配式預應力混凝土