斜交連續(xù)小箱梁橋橫向分布系數(shù)的研究

孫全勝 程 雨

(東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040)

斜交連續(xù)小箱梁橋橫向分布系數(shù)的研究

孫全勝 程 雨

(東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040)

為了探究斜交連續(xù)梁橋在荷載作用下的受力特性，主要研究了8種不同斜交角度的斜交連續(xù)梁橋橫向分布系數(shù)的變化規(guī)律，通過(guò)橋梁靜載試驗(yàn)與有限元模型的對(duì)比，驗(yàn)證了模型所提數(shù)據(jù)能夠正確反映出實(shí)際橋梁的受力特性。

斜橋，多箱式連續(xù)小箱梁橋，橫向分布系數(shù)，試驗(yàn)研究

在橋梁修建過(guò)程中，斜橋在橋涵設(shè)計(jì)中的比重逐漸增大[1]。斜橋與直橋相比，其結(jié)構(gòu)受力要復(fù)雜得多[2]。對(duì)于斜橋的橫向分布的研究，主要針對(duì)的是簡(jiǎn)支斜梁橋的分析上，因此有必要對(duì)斜交連續(xù)小箱梁橋在荷載作用下的橫向分布規(guī)律進(jìn)行研究。

1 理論分析

1.1 傳統(tǒng)計(jì)算方法

由各種梁系結(jié)構(gòu)組成的梁式橋，是一個(gè)空間結(jié)構(gòu)，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算的過(guò)程，常常需要將復(fù)雜的空間問(wèn)題轉(zhuǎn)換成簡(jiǎn)單的平面問(wèn)題來(lái)分析，這種理論稱為荷載橫向分布理論[3]。斜橋橫向分布系數(shù)的計(jì)算方法主要有梁系理論[4]、模態(tài)參數(shù)法[5]、板理論及數(shù)值方法[6]等。

1.2 有限元分析方法

在每跨橋梁的跨中截面間隔1.5 m設(shè)置一個(gè)點(diǎn)，四片梁共設(shè)置9個(gè)測(cè)點(diǎn)，見(jiàn)圖1。在每個(gè)點(diǎn)位上單獨(dú)加載即可得到一系列的荷載影響線。由得到的各梁跨中截面位移效應(yīng)按式(1)計(jì)算荷載橫向分布影響線，從而計(jì)算得出對(duì)應(yīng)的荷載橫向分布系數(shù)。

(1)

其中，ηi為i號(hào)梁的影響線坐標(biāo)值；dyi為當(dāng)作用力作用于跨中任意位置時(shí)，第i號(hào)梁的跨中撓度。

2 有限元模型建立

本文所建橋梁模型上部結(jié)構(gòu)采用四片梁，五跨跨徑均為40 m。梁截面采用交通部箱梁參考圖。在跨中用集中荷載的方式模擬三輛49 t加載車(chē)。在建模時(shí)，把鋪裝層以及在橋面兩側(cè)的防撞欄均按二期恒載的形式進(jìn)行加載。全橋采用等截面進(jìn)行建模[7]。將橋梁的虛擬橫梁分為一字形和二字形[8]，如圖2所示。

3 計(jì)算結(jié)果分析

本文建立了四梁式五跨連續(xù)梁橋?qū)嶓w模型，分為0°,10°,20°,30°,40°,45°,50°,60°共計(jì)八個(gè)實(shí)體模型。

根據(jù)對(duì)稱作用可知，只選取了第一跨、第二跨、第三跨作為分析對(duì)象?？紤]到邊梁和中梁截面的空間結(jié)構(gòu)不同，在橫向選取了邊梁和中梁作為研究對(duì)象[9]。

第一跨、第二跨、第三跨的邊梁的橫向分布影響線如圖3～圖5所示。

由圖3～圖5可知：1)同一跨不同斜交角度的橫向分布系數(shù)隨著斜交角度的增大而逐漸減小。2)同一斜交角度不同跨的橫向分布系數(shù)變化規(guī)律：從第一跨到第三跨，橫向分布系數(shù)呈遞減趨勢(shì)，但是不同跨橫向分布系數(shù)的變化趨勢(shì)相同。因此在實(shí)際工程中，邊跨邊梁的設(shè)計(jì)應(yīng)引起足夠的重視。

第一跨、第二跨、第三跨的中梁的橫向分布影響線見(jiàn)圖6～圖8。

由圖6～圖8可知：1)三跨中梁的橫向分布系數(shù)均隨著斜交角度的增大而減小。2)從相同斜交角度，不同跨的橫向分布系數(shù)來(lái)看，從第一跨到第三跨的橫向分布系數(shù)的最大值逐漸減小，并且中梁橫向分布系數(shù)普遍小于邊梁的橫向分布系數(shù)。3)隨著斜交角度的增大，不同跨中梁橫向分布系數(shù)的最大值位置逐漸向3號(hào)作用點(diǎn)偏移。

4 靜載試驗(yàn)

哈肇公路鶴崗至名山段擴(kuò)建工程A15標(biāo)段K21+998公鐵立交橋，為5×40 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋。該橋?yàn)樾苯粯?，斜交角?0°。

本節(jié)分別在橋梁的第一、二、三跨的跨中部分，進(jìn)行橋梁靜載試驗(yàn)，并與有限元模型求得的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。加載車(chē)位置如圖9所示。

各跨跨中小箱梁梁底微應(yīng)變理論值，如圖10～圖12所示。

由圖10～圖12可知：1)從第一跨到第三跨，微應(yīng)變的離散程度越來(lái)越小，且第一跨的微應(yīng)變是最大的。2)梁底微應(yīng)變實(shí)測(cè)值的變化趨勢(shì)和有限元模型分析結(jié)果一致。3)三跨跨中主梁梁底微應(yīng)變實(shí)測(cè)值均小于有限元模型計(jì)算值，有限元模型的誤差值在0%～6.67%。

5 結(jié)語(yǔ)

1)對(duì)于邊梁來(lái)說(shuō)，隨著橋梁斜交角度的逐漸增大，跨中的橫向分布系數(shù)逐漸減?。粚?duì)于相同斜交角度，不同跨的邊梁來(lái)說(shuō)，從第一跨到第三跨，荷載橫向分布系數(shù)逐漸減小，由此可知，在斜交連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)注意邊跨預(yù)截面內(nèi)鋼束的布置。

2)對(duì)于中梁來(lái)說(shuō)，隨著斜交角度的增大，跨中橫向分布系數(shù)逐漸減?。粡牡谝豢绲街虚g跨，雖然荷載的橫向分布系數(shù)逐漸減少，但是橫向分布系數(shù)的最大值向橋梁的鈍角方向偏移，因此，實(shí)際工程的設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮斜交角度對(duì)主梁彎矩和扭矩的耦合作用，使設(shè)計(jì)在具有足夠安全系數(shù)的前提下更加經(jīng)濟(jì)。

3)根據(jù)橋梁靜載試驗(yàn)可得：模型計(jì)算結(jié)果均大于實(shí)測(cè)的梁底微應(yīng)變，誤差值在0%～6.67%之間，偏于安全的角度考慮，有限元模型可以滿足要求。

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Study on horizontal distribution coefficient of skew continuous small-box-beam bridge

Sun Quansheng Cheng Yu

(NortheastUniversityofForestry,Harbin150040,China)

In order to studying the stress characteristics of skew continuous small-box-beam bridge under the load, the paper mainly studies horizontal distribution coefficient altering law of skew continuous beam bridge under 8 different skew angles. Through comparing static bridge load to finite element model, it testifies that: the data provided with the model correctly reflect the actual bridge stress properties.

skew bridge, multiple-box continuous small-box-beam bridge, horizontal distribution coefficient, experimental research

2015-01-19

孫全勝(1968- )，男，博士后，博士生導(dǎo)師，教授； 程 雨(1990- )，男，在讀碩士

1009-6825(2015)10-0155-03

U441

A