摘 要：本文运用ANSYS软件建立某主跨为165m的波形钢腹板PC组合连续梁桥的三维空间有限元模型，研究其在活载偏载作用下的效应，得到其顶、底板正应力和腹板剪应力在各截面处的偏载系数。本文的研究方法和研究结果可供设计参考。
关键词：波形钢腹板；PC组合箱梁；偏载系数；连续梁；数值模拟
0 引言
波形钢腹板PC组合梁采用波形钢腹板代替混凝土腹板，使得波形钢板纵向可自由伸缩，这样，在施加预应力时，波形钢腹板不对预应力产生抵抗作用，可以大大提高混凝土顶、底的预应力效率。此外，波形钢腹板还具有抗剪屈曲稳定性高而无需设置加劲肋；腹板为钢材而避免了混凝土腹板普遍存在的开裂问题；自重小而节约上部结构与下部结构材料用量等优点。波形钢腹板PC组合梁自1975年由法国CB公司提出之后，在日本等国家得到大规模的发展[1]。在国内，自山东鄄城黄河公路大桥和深圳南山大桥[2]的设计与施工取得成功并随着河南省地方标准《公路波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥设计规范》[3]的推出之后，波形钢腹板PC组合梁桥受到国内大批工程师的青睐，这种结构在国内正处于快速发展的阶段。
由于波形钢腹板PC梁截面由两种材料组成，并且钢腹板不承受纵桥向正应力，其在由活载偏载引起的扭矩作用下的自由扭转、约束扭转、翘曲与畸变等特性必然会与普通混凝土PC梁桥有所差别。文献[4]、[6]以解析方法、数值方法以及实验方法分析了等高波形钢腹板PC梁在扭矩作用下的力学性能，文献[7]则针对某大跨变高波形钢腹板PC刚构连续梁桥建立了三维空间有限元模型并分析了其在偏载作用下的正应力放大系数和腹板剪应力放大系数。但国内目前还没有对特大跨波形钢腹板PC组合连续梁桥偏载系数进行研究。鉴于此，本文运用ANSYS软件建立某主跨为165m的波形钢腹板PC组合连续梁桥的三维空间有限元模型，研究其在活载偏载作用下的受力性能。
1 工程概况
某特大跨波形钢腹板PC箱梁桥分左、右两幅设计，单幅桥宽16.5m，跨径布置为90m+165m+90m三跨连续梁，墩顶梁高9.5m按1.8次抛物线过渡到跨中梁高为4.0m。此桥边跨设3道横隔，中跨设6道横隔。波形钢腹板采用Q345钢，厚度为12mm～24mm，波形为1600型。
2 有限元模型的建立与活载的布置
本文采用ANSYS10.0建立的空间有限元模型如图3、图4所示。其中，箱梁顶板与底板的钢筋混凝土采用solid45单元模拟，波形钢腹板采用shell63单元模拟，模型节点数为158478个，单元数为113610个。
如图5所示，为经计算后得出的最不利活载横向布置情况。活载的纵桥向布置分别按图6所示10个截面的弯矩影响线（计算顶、底板正应力放大系数）和剪力影响线（计算腹板剪应力偏载系数）进行布置[8]。
3 计算结果
为正应力偏载系数； 为活载偏载布置时的顶、底板最大正应力； 为活载对称布置时的顶、底板最大正应力； 为剪应力偏载系数； 为活载偏载布置时的腹板最大剪应力； 为活载对称布置时的腹板最大剪应力。
经计算，可得到图6所示各截面在活载偏载（如图5所示）和活载对称布载两种情况下的顶板最大正应力、底板最大正应力和腹板最大剪应力。计算结果汇总如表1所示。
以表1中各截面的偏载系数为竖坐标，各截面的纵桥向位置为横坐标，可绘制得到图7所示的偏载系数沿纵桥向的分布图。从图7中可以看出：
1）正应力偏载系数沿纵桥向变化较大——其值约为1.001～1.428，但除1-1截面的其它截面正应力偏载系数均在1.21以下；
2）顶板正应力偏载系数普偏高于底板正应力偏载系数；
3）腹板剪应力偏载系数沿纵桥向变化较小——其值约为11.20～1.23。
4 结论
通过本文的分析可得到如下结论：
1）正应力偏载系数沿纵桥向变化较大——其值约为1.001～1.428，但除1-1截面的其它截面正应力偏载系数均在1.21以下；
2）顶板正应力偏载系数普偏高于底板正应力偏载系数；
3）腹板剪应力偏载系数沿纵桥向变化较小——其值约为11.20～1.23。
因此，对于本工程，为了便于设计，可取1-1截面附近的正应力偏载系数为1.5，墩顶附近正应力偏载系数为1.05，其它区段正应力偏载系数为1.25，全桥的剪应力偏载系数均可取为1.25。对于桥跨布置及横桥向布置与本工程相近的工程，偏载系数可参考本文取用。
参考文献
[1] 刘海燕.日本修建的波形钢腹板PC箱梁一览表[J].国外桥梁，2002，30（1）：58～59
[2] 陈宜言.波形钢腹板预应力混凝土桥设计与施工[M].北京：人民交通出版社
[3] 河南省地方标准.公路波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥设计规范[S].北京：人民交通出版社
[4] 李宏江.波形钢腹板箱梁扭转与畸变的试验研究及分析[D].南京：东南大学，2003
[5] 李宏江，叶见曙，万水 等.波形钢腹板箱梁的扭转与畸变分析及试验研究[J].桥梁建设，2003（6）：1～4
