摘要：本文通过对比国内外桥梁设计规范，运用有限元软件建模分析了各国规范下不同预应力钢束面积、顶板厚度及保护层厚度下顶板裂缝的宽度分布情况，并相应的给出了合理的优化建议。
关键字：规范；预应力混凝土箱梁；顶板；裂缝
1.引言
预应力混凝土箱型梁桥（PC箱梁桥）是现今国内外的主流桥型，广泛应用于桥梁建设领域，它的整体性能好、结构刚度大、构件截面小、经济美观、耐久性高[1-3]。但在PC箱梁桥投入使用后，箱梁出现了开裂现象，顶板纵向裂缝是PC箱梁桥的一种典型裂缝，由于顶板是与荷载直接接触的结构部分，其安全性尤为重要，为保证结构的耐久性及安全性，有必要顶板纵向裂缝进行研究。不同的桥梁设计规范设计的PC箱梁，其顶板纵向裂缝的分布形态及开裂程度有所不同，研究哪种设计规范能更好地限制裂缝，从而为我国桥梁规范的修订提供参考，是非常具有现实意义的。本文通过对比国内外桥梁设计规范，从设计角度研究PC箱梁顶板纵向裂缝，并通过有限元软件计算裂缝宽度以评判裂缝的危害程度，探讨更有利的设计方法以限制裂缝危害。
2.有限元模型
本文选取某一实际三跨连续箱梁桥采用ANSYS大型有限元软件进行建模分析，桥跨为40+70+40m，单箱单室，顶板宽13.0m，底板宽7.0m，顶板厚度30cm，翼板外侧厚20cm，内侧增至50cm，腹板厚度从50cm增至80cm，底板厚度从30cm增至50cm。有限元模型间下图1。
图1 全桥有限元模型
3.不同规范下裂缝宽度有限元分析
针对影响PC箱梁顶板纵向裂缝的因素：箱梁形式、预应力钢束的面积、顶板厚度、保护层厚度。现采用控制变量法，分别在不同国家的桥梁设计标准下，选取顶板厚度这一因素进行非线性有限元分析。
3.1顶板厚度
现控制模型的其他参数及结构不变，只按照各国标准变化顶板厚度对模型进行计算分析。不同规范下的顶板厚度见表1。
表1 不同规范下的模型顶板厚度
只改变模型顶板厚度，计算模型的裂缝宽度见下表5，不同规范下的PC箱梁最大裂缝宽度图见下图2。
表2 各国规范不同顶板厚度下裂缝宽度表
图2 不同顶板厚度下裂缝宽度图
通过表2及图2可知，箱梁顶板厚度对应力分布影响较小，但对顶板纵向裂缝的影响非常明显。由表4可知日本规范的PC箱梁顶板厚度最大，欧洲和美国次之，中国规范下的顶板厚度最薄，顶板厚度小的箱梁自重小，这跟中国规范下顶板的最大压应力最小而日本规范下的顶板最大压应力最大相吻合。
5.优化建议
根据本文上述第4节的计算分析，针对PC箱梁顶板的裂缝，从顶板厚度方面给出几点设计建议：
（1）顶板厚度的大小间接影响着受压区混凝土的面积，顶板过薄会严重减小钢筋的布置空间，从而影响到顶板纵向预应力钢束的布置以及保护层厚度[7]； PC箱梁顶板厚度的取值，即不宜像中国规范的偏小取值，也不宜像日本规范的偏大取值，同时应结合桥梁所在的地理环境，将顶板厚度控制在35cm附近。
参考文献
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论文作者:邹志伟1,彭文明2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：顶板论文; 裂缝论文; 厚度论文; 预应力论文; 纵向论文; 混凝土论文; 桥梁论文; 《基层建设》2019年第19期论文;