鉸接板梁法橫向分布系數(shù)的計(jì)算分析

楊 忠,高 峰,劉義河,陳 維

(吉林省公路勘測(cè)設(shè)計(jì)院,長(zhǎng)春 130021)

近年來(lái),隨著公路建設(shè)事業(yè)的迅速發(fā)展,修建了大批的橋梁,中小跨徑橋梁因其施工上的方便性和經(jīng)濟(jì)上的競(jìng)爭(zhēng)性,成為很具競(jìng)爭(zhēng)力的橋型.裝配式鋼筋混凝土鉸接板、梁橋,由于易于設(shè)計(jì)成系列化和標(biāo)準(zhǔn)化,廣泛應(yīng)用于中小跨徑的公路橋.而其橫向分布計(jì)算是橋梁設(shè)計(jì)、分析以及結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中的一個(gè)重要部分,關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性.橋梁荷載橫向分布的計(jì)算方法有很多,比如:偏心壓力法、修正偏壓法、比擬正交異性板(G-M)法、剛性橫梁法、杠桿原理法、剛接板梁法、鉸接板梁法等.利用荷載橫向分布的方法分析梁橋,其實(shí)質(zhì)是將原內(nèi)力影響面近似簡(jiǎn)化為兩個(gè)單值函數(shù)的乘積,也就是變量分離的方法,從而把空間結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算問題轉(zhuǎn)化為平面問題來(lái)解決,但是荷載橫向分布的求解屬空間問題,因此這在一定程度上,存在一定的誤差.隨著有限元理論和大型有限元軟件(如ANSYS、ALGOR、MIDAS等)技術(shù)的發(fā)展,采用不同的單元(如實(shí)體單元、梁?jiǎn)卧卧?可以將分析對(duì)象根據(jù)不同的需要進(jìn)行模擬,進(jìn)行空間分析,因此可以采用空間梁?jiǎn)卧M(jìn)行荷載橫向分布的求解,其計(jì)算結(jié)果將更符合實(shí)際情況,更能真實(shí)的反映橋梁的工作狀態(tài).

1 鉸接板梁法

1.1 鉸接板梁法適用范圍

鉸接板梁法適用于不設(shè)內(nèi)橫梁,僅對(duì)翼板的板邊適當(dāng)連接的、或僅由現(xiàn)澆的橋面層使各板梁連接的、或用現(xiàn)澆混凝土企口縫連接預(yù)制板的橋跨結(jié)構(gòu).

1.2 鉸接板梁法基本假定

(1)假定豎向荷載作用下,鉸接縫內(nèi)只傳遞豎向剪力.橋面板內(nèi)縱向剪力流T,以及橫向扭矩和法向力均忽略不計(jì).

(3)每塊板梁在偏心荷載作用下,只產(chǎn)生垂直位移和轉(zhuǎn)角,而不發(fā)生橫向彎曲.

2 算例概況

某空心板簡(jiǎn)支梁橋,跨徑12.6 m,橋面凈空為-7和2×0.5 m的護(hù)輪帶,全橋由8塊預(yù)應(yīng)力混凝土空心板組成,橋的橫截面布置及空心板橫斷面如圖1所示:

圖1 橋的具體尺寸(單位:cm)

2.1 采用空間梁?jiǎn)卧?jì)算算例

由于鉸接板橋的板和板之間是依靠鉸縫進(jìn)行連接的,鉸縫只傳遞剪力,不傳遞彎矩,所以在進(jìn)行模擬時(shí),要將板與板之間的轉(zhuǎn)動(dòng)放松,采用BEAM44單元可通過設(shè)置Keyopt值的屬性來(lái)進(jìn)行單元的節(jié)點(diǎn)放松,此模型中的鉸縫是用剛性鏈桿來(lái)模擬的,它的J節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)全部放松,這和橋梁的實(shí)際情況也是吻合的.計(jì)算模型如圖2所示:

圖2 有限元模型

本文中的模型按單位力在跨中橫向加載,計(jì)算各塊板的彎矩,橫向分布是根據(jù)某塊板跨中彎矩和同一時(shí)刻全橋跨中彎矩之和的比值得出,即 η=分析各板的橫向分布影響線豎標(biāo)曲線如圖3所示.其中,1～4號(hào)板作用單位集中力時(shí)的彎矩如圖4所示.

圖3 各板橫向分布影響線豎標(biāo)曲線

2.2 手算橫向分布系數(shù)

由ANSYS計(jì)算的截面的抗彎剛度 I=0.013914 m4;抗扭剛度It=0.029943 m4.

則板的抗彎剛度與抗扭剛度比例參數(shù)γ為:

查閱《公路橋梁荷載橫向分布計(jì)算》,根據(jù)剛度比例參數(shù)γ內(nèi)插計(jì)算所得荷載橫向分布影響線坐標(biāo)如表1所示(為避免書寫小數(shù)點(diǎn),所列坐標(biāo)均為一千倍的值,以下同).

表1 各板跨中荷載橫向分布影響線坐標(biāo)表

表2 各板跨中荷載橫向分布系數(shù)計(jì)算表

由表2可以看出,采用空間梁?jiǎn)卧?jì)算的橫向分布系數(shù)較手算結(jié)果存在一定的誤差,但誤差不超過3%,從工程角度上,可以說兩者基本接近,均滿足要求.但是,手算法與實(shí)際情況難免有偏差,為了得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果,建議采用空間計(jì)算方法復(fù)核手算方法,以保證橋梁設(shè)計(jì)的可靠性.

3 結(jié) 語(yǔ)

通過空間梁?jiǎn)卧⒌挠邢拊Ｐ头治?可以很直觀的得到各塊板的內(nèi)力分布情況,由此計(jì)算得出各塊板的橫向分布系數(shù),此方法建模簡(jiǎn)單,更能真實(shí)的反映橋梁的工作狀態(tài),可以為工程計(jì)算提供參考.

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