浅析箱梁在梁式钢桥中的应用
摘要 文章通过对浮桥专用双体承压舟特点的分析，综合比较了板梁和箱梁在承压舟中的应用，最后得出钢箱梁对舟体承载能力的提高和实现大跨径更有优势，更适合于双体承压舟。
关键词 特点；主梁；板梁；箱梁
梁式钢桥是公路和铁路桥梁的主要形式，它是在竖直荷载作用下，主梁截面只有弯矩和剪力，无轴向力；主梁的形式有钢板梁、钢箱梁和钢桁梁。钢板梁是指由钢板或型钢等通过焊接、螺栓或铆钉等连接而成的I字形截面梁（见图1a）；钢箱梁是指由钢板或型钢等通过焊接、螺栓或铆钉等连接而成的箱形截面梁（见图lb）。由于简支钢板梁桥的结构形式简单，造价经济，是中小跨径桥梁最常用的形式。箱梁是封闭体，其抗弯能力、跨越能力和抗扭能力都优于板梁，当桥梁的跨径较大时，箱形梁桥比板形梁桥较为经济、合理。搭建浮桥用的双体承压舟是一种结构形式特殊的钢梁桥：两侧的舟体是桥脚，中间的连接桥是简支的钢梁（见图2）。下面通过计算与分析，探讨箱梁在浮桥承压舟中的应用。
1 双体承压舟的特点
双体承压舟是专门用于架设浮桥的一种浮游器材，它把桥面、桥梁和桥脚合为一体（见图2），相互之间铰接形成连续的浮动桥面，供车辆跨越河道。承压舟的舟体在水中为浮游桥脚，靠浮力托起荷载；在浅滩上舟体可作为刚性桥墩直接承压。承压舟浮桥充分吸收了铰接悬臂梁体系和连续梁体系浮桥的优点，在深水区域舟体之间采用上下双排销连接，桥梁成为有间隙角的连续梁。桥面平稳，安全可靠；在浅滩区域舟体之间采用单排销连接，桥梁变成悬臂梁，可有效释放梁中的附加应力，保障桥梁不至于过载损坏。双体承压舟结
构布局合理，承载承压能力大，能基本满足一般公路运输车辆通行的需要。目前双体承压舟已在黄河中下游及其它河道广泛应用，架设了大量各吨位的浮桥，为河道两岸经济的发展起到了巨大的推动作用。
2 双体承压舟板式主梁的确定
双体承压舟主梁广泛采用的形式是板式梁（见图2）。它贯穿两个舟体，这致使主梁高度受舟体型深的，不能随意大，只能采取低高度、多数量、小间距设计。目前承压舟主梁高度多为400-600mm、数量10根、间距1000mm。主梁高度受限后，其跨距也必然受限，一般为5-l0m。由主梁抗弯强度验算公式W=10.4PcL和板梁腹板的经济高度
、
（式中不计梁自身的均布载荷，Pc是车辆最大轴载、μ是活载冲击系数、ξ是车道折减系数、mcq是荷载横向分布系数、η是梁跨中集中荷载影响线、t是梁腹板厚度、L是梁的最大跨距、σta、σca是梁截面控制设计的最大容许拉应力和压应力）可知：承压舟主梁高度与其设计通行车辆轴载大小和最大跨距直接相关。设计通行车辆轴载越大即Pc值越大，要求梁的抗弯强度和高度越大；承压舟两舟体的跨距越大，即L值越大，要求梁的抗弯强度和高度也越大。由于车辆的最大轴载受轮胎、路基等各种因素的，变化幅度不太大，如汽—15与汽一20标准的最大轴载是l3吨，汽一超20标准的最大轴载是14吨，即使超载50％最大轴载也不会增大1.5倍。承压舟两舟体的跨距是可以大幅度增加的，由5m至25m，多倍地增加，它是影响主梁高度的主要因素，跨距大高度也相应大。在上式
中μ取，ξ取1.0（二车道），mcq取0.3（按偏心受压法计算），
Pc取42吨（汽一超20后双轴并超载50％的轴载。14×2×150％），η为L/4，t取10mm，σta、σca取210MPa和190MPa，所以：
由上式求得对应于各种L值的h值，见表1。
图 1钢板、箱梁示意图
由表1可知：随着主梁跨距的增大，主梁腹板的高度也相应加大，这样主梁才能满足强度要求。腹板高度增大后。主梁的重量也相应增加，使建造成本提高。
3 承压舟的浮力与承载力计算
双体承压舟在水中受压时，整体下沉，吃水线上升，依靠两个舟体的浮力托起荷载。对于板梁式承压舟各主梁下部浸入在水里后，自身产生的浮力很小；而箱梁式承压舟（见图3），箱梁自身产生的浮力较大，相应地增大了整个承压舟的浮力，从而增大了承压舟的承载能力，具体计算如下[计算参数：①两侧舟体水线面尺寸；4.5m（型宽）×20m（型长）；②中间箱梁尺寸：10m（跨距1×9m（宽度）；③空载吃水：0.5m；④满载吃水：l.4m]：
1）舟空载浮力：V1=2×4.5×20×0.5=90t；
2）箱梁刚触水时舟浮力：V2=2×4.5×20×（1.8-1.0）=144t；
3）舟满载时舟体的浮力：V3=2×4.5×20×1.4=252t；
4）舟满载时箱梁的浮力：V4=9×10×[1.0-（1.8-1.4）]=54t；
5）箱梁刚触水时舟的承载力：G1=V2-V1=144-90=54t；
6）舟满载时总承载力：G2=V3+V4-V1=252+54-90=216t；
7）板梁改箱梁后舟最大承载力增大比例：V4/V3×100%=21%；
由以上计算数据可知：
1）箱梁能使承压舟的承载能力即载货吨位大幅度提高，原160t(V3-V1)的板梁舟可增为200t(V3+V4-V1)的箱梁舟，能通行更大吨位的车辆，增加浮桥的经营收入。按日增加大吨位（80吨）车辆30车次、每车次收费400元80t×5元/t计算，浮桥日增加收入12000元（400元×30），年增加收入约400万元（按年有效营运时间330天计）。当箱梁的跨距大于10m时，承载能力提高幅度更明显。
2）在双向通行轻载（小于G1/2=27t）车辆时，箱梁不触水，不会对水流产生阻力，与板梁舟一样。根据对多座黄河浮桥的调查：浮桥的通行车辆中80％是小于27t的轻载车辆，所以大部分时间箱梁不会阻碍水流，影响防汛。板梁式承压舟的主梁跨距小，相对过水面积也小，整座桥的阻水较大，对河势造成一定的影响，所以在主汛期各浮桥都必须拆除，保持主河道行洪畅通。这样浮桥的有效营运时间减少，经营收入也减少。如果承压舟采用大跨距的箱梁形式，其相对过水面积较大，对水流和冰凌影响小，在主汛期可不用拆除浮桥，保持限重性营运，浮桥的经营收入又能提高一些。
3）承压舟满载时，两舟体及板梁的阻水面积为：2×4.5×1.4+(1.4-1.0)×10=16.6m2、箱梁比板梁增加的阻水面积为：（1.0-0.8）×10=2m2，所以满载时箱梁舟比板梁舟的水阻力只增加12%(2/16.6)，不满载时会更少。一般情况下，浮桥承压舟的前固定锚及缆绳的
安全系数都不低于2.5，所以箱梁增加的阻水力比锚及缆绳的许用拉力小的多，不会影响锚和缆绳的安全，即不会影响承压舟的固定安全。
4 大跨径板梁与箱梁自重比较（跨距取25m）
1）板梁的重量（计算参数见图2，腹板高度取860mm、厚取10mm，下翼板宽取250mm、厚取20mm）：
G’=G腹+G下翼=0.86×10×25×7.85×10×0.25×20×25×7.85×10=26690kg
2）箱梁的重量（计算参数见图3，腹板厚10mm、高1.0m、4块，底板厚8mm、宽9m，其它结构单位重约30kg/m、6道）：
G”=G腹+G下翼+G其它
=1.0×10×25×7.85×4+9×8×25×7.85+30×25×6=280kg
由以上计算结果可知：当梁的跨距在一定范围增大时，箱梁与板梁的重量相差不大，不会增加建造成本。但箱梁代替板梁，更能充分利用钢板的强度，发挥材料的性能，使整个梁的抗弯与抗扭强度大大提高。另外承压舟双体的跨距增大后，单对舟的宽度也增大，使搭建浮桥使用舟的数量减少，总建造成本有较大降低；且桥面更加平稳，通行效率高。
5 结束语
钢箱梁是钢桥梁的主要形式，在当代公路建设中被广泛的应用，对于结构形式特殊的浮桥承压舟，舟体之间采用箱梁连接比采用板梁连接更适合，不但能实现大跨距、增大承载能力与平稳性，还具有以下优点：荷载横向分配均匀，各腹板承受的弯矩相差不大；横
向抗弯刚度大，能抵抗很大的水平力；纵、横加劲肋都在箱内，外形美观且便于检修与维护保养。
