五等跨六片連續(xù)小箱梁荷載橫向分布系數(shù)研究

孫松 苗戰(zhàn)濤 徐瑞霞

摘要：對于五等跨六片連續(xù)小箱梁的橫向分布系數(shù)采用剛接梁法與梁格法來分別計(jì)算，與實(shí)測值進(jìn)行對比分析可以得出：運(yùn)用梁格法來計(jì)算橫向多片梁的荷載橫向分布系數(shù)是與實(shí)測值較接近，而運(yùn)用剛接梁法在計(jì)算橫向多片小箱梁的荷載橫向分布系數(shù)時(shí)存在個(gè)別片梁與實(shí)際相差較大，這一點(diǎn)要在設(shè)計(jì)與檢測時(shí)引起足夠的重視。

關(guān)鍵詞：荷載橫向分布系數(shù)；剛接梁法；梁格法

引言

隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步以及國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，為修建寬跨比較大的橋梁提供了良好的支撐條件，隨著修建的橋梁寬跨比的進(jìn)一步增大，也就增加了橋梁橫向的整體穩(wěn)定性控制比較困難，同時(shí)對于計(jì)算荷載橫向分布系數(shù)也增加了難度。所以對五等跨六片連續(xù)小箱梁荷載橫向分布系數(shù)研究也具有極其重要的意義。

1、荷載橫向分布

由于結(jié)構(gòu)的空間性整體性能，當(dāng)橋上作用荷載P時(shí)，各片主梁將共同參與工作，形成了各片主梁間的內(nèi)力分布。每片主梁分布到內(nèi)力的大小，隨著橋梁橫截面構(gòu)造形式、荷載的類型以及荷載在橫向作用位置的不同而不同。梁橋的這種受力特性實(shí)際上已經(jīng)屬于空間結(jié)構(gòu)力學(xué)范疇。所謂的橫向分布系數(shù)是指當(dāng)把荷載按橫向最不利位置布置在荷載橫向影響線上，求得各片主梁分配到的橫向荷載的最大值為m。，此m。表示主梁在橫向分配到的最大荷載比例，即稱為荷載橫向分布系數(shù)。

2、剛接梁法計(jì)算原理

剛接梁法也稱為梁系法，指把橋跨結(jié)構(gòu)在縱向沿主梁連接處切開，分割成一片主梁，切口處以贅余力取代，把整個(gè)結(jié)構(gòu)看作為用這些贅余力連續(xù)起來的超靜定結(jié)構(gòu)，然后利用結(jié)構(gòu)力學(xué)中分析超靜定結(jié)構(gòu)的力法來求解荷載橫向分布。

對于相鄰二片主梁的接合處可以承受彎矩的，或雖然橋面系沒有進(jìn)過構(gòu)造處理，但設(shè)有多片橫梁的，或橋面澆筑成一塊整體板的橋跨結(jié)構(gòu)，都可以看作是剛接梁系，這就可以運(yùn)用剛接梁法來計(jì)算它們的荷載橫向分布系數(shù)。

1）計(jì)算假定

（1）梁的荷載橫向分布影響線，可以通過取一彈性支承在主梁上的連續(xù)橫梁，其上作用著單位荷載 來計(jì)算。這時(shí)，各彈性支承的柔度即為相應(yīng)主梁該計(jì)算截面處的柔度值。

（2）對于橫向剛性連接的各主梁，在各主梁間將其切開，僅考慮有豎向剪力和繞梁軸的力矩贅余力，而縱向水平剪力和法向水平力因其很小，略去不計(jì)。

（3）對于單片梁的扭轉(zhuǎn)，只計(jì)入純扭轉(zhuǎn)作用，忽略翹曲扭轉(zhuǎn)作用。

3、空間梁格法計(jì)算原理

梁格法的主要思路是將上部結(jié)構(gòu)用一個(gè)等效的梁格來模擬。將分散在箱梁每一段內(nèi)的彎曲剛度和抗扭剛度集中于最領(lǐng)進(jìn)的等效梁格內(nèi)，實(shí)際結(jié)構(gòu)的縱向剛度集中于縱向梁格構(gòu)件內(nèi)，而橫梁剛度則集中于橫向梁格構(gòu)件內(nèi)。梁格必須滿足以下等效原則：當(dāng)實(shí)際結(jié)構(gòu)和對應(yīng)的等效梁格承受相同荷載時(shí)，兩者的撓曲應(yīng)該是恒等的，而且在任一梁格內(nèi)的彎矩、剪力和扭矩應(yīng)等于該梁格所代表的實(shí)際結(jié)構(gòu)部分的內(nèi)力。

1）縱向梁格構(gòu)件截面特性

每一梁格構(gòu)件截面抗彎剛度 按截面形心計(jì)算： （截面所代表面積對y軸的慣性矩），在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，邊梁與中梁的抗彎剛度不一樣，則會(huì)造成邊梁梁格構(gòu)件截面形心和內(nèi)梁梁格構(gòu)件截面形心不處在同一水平線上，一般不考慮這種差距對計(jì)算的影響，但是如果必須考慮時(shí)，可用偏心剛臂來模擬它們之間的差異。

每一梁格構(gòu)件截面抗剪剛度 （梁格代表的縱梁肋板面積）。每一梁格構(gòu)件截面抗扭剛度 （縱梁抗扭慣性矩+板抗扭慣性矩）。

2）橫向梁格構(gòu)件截面特性

若梁格無橫隔板，橫向梁格用板表示：橫梁梁格構(gòu)件截面抗彎剛度 ，抗剪剛度 。若梁格有橫隔板，且間距不大時(shí)：橫梁梁格構(gòu)件截面抗彎剛度 （T形截面對x軸的慣性矩），抗剪剛度 （橫隔板抗扭慣性矩+ ）。

4、實(shí)例驗(yàn)證

結(jié)構(gòu)型式為一聯(lián)5孔預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，交角90°。橋面寬度：0.5 m（護(hù)欄）+16m+0.5m（護(hù)欄）=17m。橫向有6片小箱梁組成，梁高1600mm，梁間距為2740mm，頂板厚180mm，腹板厚180mm，材料采用C50混凝土，彈性模量E=3.45 MPa。橋面采用70mm厚40號(hào)水泥混凝土調(diào)平層+90mm厚瀝青混凝土鋪裝層。

在邊跨最大正彎矩處、次邊跨跨中位置處，每片小箱梁梁底布置一個(gè)位移計(jì)，按照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）中的規(guī)定，靜力試驗(yàn)荷載的效率系數(shù)取值范圍控制在0.96～1.00之間。完全符合規(guī)范要求。

計(jì)算荷載橫向分布系數(shù)工況分為：邊跨偏載、邊跨中載、次邊跨偏載、次邊跨中載。

5、結(jié)論

1）邊跨偏載時(shí)，運(yùn)用剛接橫梁法計(jì)算得到1～5#梁的荷載橫向分布系數(shù)與實(shí)測值誤差控制在10%以內(nèi)，而6#梁的誤差達(dá)到了30%以上。運(yùn)用梁格法計(jì)算得到1～6#梁的荷載橫向分布系數(shù)與實(shí)測值誤差控制在5%以內(nèi)。這說明梁格法邊跨偏載時(shí)的計(jì)算出來荷載橫向分布比較接近實(shí)測值。

2）邊跨中載時(shí)，運(yùn)用剛接橫梁法計(jì)算得到1、6#梁的荷載橫向分布系數(shù)與實(shí)測值誤差控制在25%以上。運(yùn)用梁格法計(jì)算得到1～6#梁的荷載橫向分布系數(shù)與實(shí)測值誤差控制在5%以內(nèi)。這說明梁格法邊跨中載時(shí)的計(jì)算出來荷載橫向分布比較接近實(shí)測值。

3）次邊跨偏載時(shí)，運(yùn)用剛接橫梁法計(jì)算得到1～5#梁的荷載橫向分布系數(shù)與實(shí)測值誤差控制在10%以內(nèi)，而6#梁的誤差達(dá)到了20%以上。運(yùn)用梁格法計(jì)算得到1～6#梁的荷載橫向分布系數(shù)與實(shí)測值誤差控制在6%以內(nèi)。這說明梁格法次邊跨偏載時(shí)的計(jì)算出來荷載橫向分布比較接近實(shí)測值。

參考文獻(xiàn)：

[1]戴公連，李德連.橋梁結(jié)構(gòu)空間分析設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用[M].北京：人民交通出版社.2001

[2]【英】E.C.漢勃利.橋梁上部構(gòu)造性能[M].北京：人民交通出版社.1982

[3]賀栓海.橋梁結(jié)構(gòu)理論與計(jì)算方法[M].北京：人民交通出版社，2002

[4]中華人民共和國行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn).公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范承載能力檢測評定規(guī)程（JTG/T J21—2011）.北京：人民交通出版社，2011.

[5]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D62—2004）.北京：人民交通出版社，2004.

[6]劉效堯，徐岳.公路橋涵設(shè)計(jì)手冊（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2011