导读：等，与截面设计的好坏有较大的相关性。3.1分析说明以某预应力混凝土箱梁桥为例，分析箱梁横向应力分布特性。4设计建议与结论基于以上分析，本文得出以下一些结论。
关键词：桥梁，混凝土箱梁，截面设计，参数分析，设计建议
在我国目前的预应力混凝土箱梁桥设计中，结构纵向受力往往决定了截面几何特性，而截面形式及具体构造多采用参照既有类似桥梁的做法。事实上，随着跨度或宽度的不断增大，箱梁截面应该有合理的选择。近些年的实践也表明[1-2]，箱梁某些形式的裂缝，如顶底板区域纵向裂缝、底板整体崩裂等，与截面设计的好坏有较大的相关性。
2 影响截面设计的若干因素目前针对箱梁截面设计的计算方法很不完善，对不同作用下箱梁横向受力考虑不周，这都将可能导致截面设计的不合理。实际上，影响截面设计的因素应包括影响箱梁横向受力的作用效应、箱梁空间受力特点及其他诸如施工可行性，经济性以及耐久性等。
2.1 作用效应分析2.2.1 温度梯度作用
混凝土箱梁在阳光照射、热沥青铺装层等作用下，箱梁各部位尤其是顶板出现较大的温度梯度，将使箱梁顶板等区域产生横向温度应力
（1）温度场分布：不同温度模式及温度基数下，箱梁顶板产生的横向温度自应力不同。
（2）腹板与顶板刚度比：横向温度应力由顶
板变形引起，腹板刚度越大，顶板在温度梯度
下的变形受到的约束越大，因此横向温度次应力也越大。
2.2.2 车辆荷载作用
车辆荷载对箱梁横向作用既表现为以局部轮
压作用于单向板上，又表现为以偏心荷载形式作用于箱梁上，都使箱梁出现横向弯曲应力。车轮荷载作用特点要求箱梁截面设计应注意以下几点：
（1）根据板件受力要求，顶板首先应有足够厚度以避免局部冲切破坏。文献[3]根据其荷载条件规定，保证不发生冲切破坏的最小板厚为150mm。
（2）车轮荷载对顶板的作用大小可由车轮有效分布宽度衡量，而该分布宽度则与箱梁各部分刚度相关，如在横隔板附近顶板车轮有效分布宽度明显减小[8]。
2.2.3 横向预应力
从平衡外荷载角度考虑来看，横向预应力应在伸臂根部尽量沿上缘布置，而在顶板中央应沿下缘布置。论文参考网。但对于顶板中央处横向预应力，由于箱梁顶板较薄，由钢束偏心带来的弯曲效应往往不明显，只有通过轴压效应发挥作用。表2为某箱梁截面在两种不同布束线形条件下内力及应力对比，可以看出，两种布束下顶板应力相差不大。考虑到布置空间及施工方便性，横向预应力采用直线布束是可行的，此外直线束摩阻损失也小很多。
2.2 箱梁空间受力箱梁作为薄壁结构，必须考虑其空间受力问题，包括偏载作用下的扭转及畸变，宽翼缘下的剪滞效应。
（1）箱梁扭转畸变变形在箱梁纵横向都将产生附加应力，而这些与箱形截面周边中心线所围的面积、箱形截面的尺寸以及箱梁的壁厚等因素有关。譬如，宽高比越大，偏载作用下箱梁畸变变形越大。
（2）箱梁剪滞效应影响到结构整体抗弯承载能力，随着箱梁宽高比、顶板刚度的变大，剪滞效应更加明显[6]。
表2某箱梁截面在两种不同布束线形下内力及应力对比
3 箱梁横向受力分析为了解不同荷载对箱梁横向内力影响大小，以及不同截面尺寸下横向应力变化规律，选定箱梁顶板进行横向受力分析。
3.1 分析说明 以某预应力混凝土箱梁桥为例，分析箱梁横向应力分布特性。该桥主梁为变高度单箱单室箱梁，其跨径布置为80m + 120m + 80 m，设计为单向三车道，桥面铺装采用双层沥青，厚度共10cm，支座及跨中处主梁横断面如图1 所示。
建立全桥空间实体模型，分析车轮荷载、温度梯度、横向预应力及恒载作用。论文参考网。
3.2 关键尺寸参数拟定认为以下三个因素对顶板横向受力有较大影响：①顶板厚度：直接影响箱梁横向应力；②腹板刚度
3.3 分析结论图3～图4所示为上述两个截面参数下箱梁顶板中央下缘（图中A点）在上述四种工况下的横向应力。以下具体分析截面参数对顶板横向应力的影响规律，以及不同作用效应大小。
（1）顶板厚度
恒载、车辆荷载及温度梯度作用下，顶板下缘拉应力随着顶板加厚而减小，且当顶板厚度大于某值（比如28cm）时，应力变化很小；而随着顶板变厚，横向预应力作用下顶板下缘压应力减小较快。论文参考网。从共同作用来看，随着顶板变厚，顶板下缘横向压应力减小，箱梁横向受力性能越差。
（2）腹板刚度系数
随着腹板刚度的增大：①在恒载、车辆荷载作用下，顶板下缘拉应力减小（2.29～1.69MPa）；②在温度梯度作用下，顶板下缘应力变大，且当腹板刚度系数大于某值（比如0.14）时，应力急剧加大；在上述共同作用下，当腹板刚度系数稳定于某值时（比如0.15～0.16间），顶板横向受力性能最佳。
综上所述，对于恒载及车辆荷载作用，顶板变厚将显著减小顶板中央下缘横向应力，腹板刚度变大也使顶板中央弯矩变小，从而也减小该处应力。而对于温度梯度及横向预应力作用，情况则有所不同。随着腹板刚度越大，由温度梯度及横向预应力作用下的变形受到约束越大，产生的横向应力也越大。由于顶板加厚相当于腹板刚度变小，故随着顶板变厚，温度梯度作用下的顶板下缘横向拉应力、横向预应力作用下的横向压应力将减小。
图3 不同顶板厚度下顶板下缘应力变化 图4 不同腹板刚度系数下顶板下缘应力变化
4 设计建议与结论基于以上分析，本文得出以下一些结论。
（1）箱梁截面细部尺寸的确定不仅需考虑纵向抗弯抗剪，也应兼顾横向受力及箱梁空间受力。如合适的顶板厚度、合理的腹板刚度将有效改善横向受力；适当的高宽比、合理的顶板刚度也都可以减少扭转畸变产生的附加应力、缓解剪滞效应。
（2）横截面设计应考虑施工过程：大跨混凝土梁桥不同施工阶段下对应不同的应力状态，如最
大悬臂阶段，悬臂根部顶缘承受较大压应力，这要求根部顶板具有足够的尺寸。
（3）从使用性能和耐久性来看，一方面要重视普通钢筋的布置，如防收缩钢筋、温度补强钢筋、抗剪抗扭箍筋等；另一方面，需保证足够的保护层厚度，但保护层厚度又不宜过大，否则构件表面容易由于混凝土收缩、温度作用或荷载作用而造成混凝土产生裂缝。
参考文献：
[1] 王国亮，谢 峻，傅宇方. 在用大跨度预应力混凝土箱梁桥裂缝调查研究[J]. 公路交通科技，2008（8）：52-56.
[2] 张 利. 预应力混凝土连续刚构桥箱梁顶板纵向裂缝分析[J]. 公路，2006（8）：262-264.
[3] AASHTO. AASHTOLRFD Bridge Specifications[S]. Washington: American Association of State Highway and TransportationOfficials, 1994.
[4] 方 志，张志田. 钢筋混凝土变截面箱梁横向受力有效分布宽度分析[J]. 湖南大学学报(自然科学版)，2003（6）：82-85.
[5] 中华人民共和国交通部.公路桥涵通用设计规范(JTJ062-1985) [S].人民交通出版社，1985.
[6] 朱汉华，陈孟冲，袁迎捷. 预应力混凝土连续箱梁桥裂缝分析与防治[M]. 人民交通出版社，2006.
