拓寬加固結(jié)構(gòu)荷載橫向分布計算研究

李　智， 鄭　利

(1.湖南省高速公路管理局， 湖南 長沙　410005；　2.辰溪縣公路管理局， 湖南 辰溪　419500)

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拓寬加固結(jié)構(gòu)荷載橫向分布計算研究

李智1， 鄭利2

(1.湖南省高速公路管理局， 湖南 長沙410005；2.辰溪縣公路管理局， 湖南 辰溪419500)

摘要：采用縱橫梁拓寬加固的橋梁，加寬主梁與原主梁剛度不等，常用的荷載橫向分布計算方法不適用于此類結(jié)構(gòu)，為此，對縱橫梁拓寬加固后橋梁荷載橫向分布的計算問題進(jìn)行研究，采用不等剛度荷載橫向分布計算理論和有限元建模計算，分別按不等剛度荷載橫向分布理論和有限元方法計算拓寬加固結(jié)構(gòu)的橫向分布影響線，經(jīng)比較兩種方法的計算結(jié)果，確定了拓寬加固結(jié)構(gòu)的荷載橫向分布計算方法，為同類工程計算提供了方便。

關(guān)鍵詞：空心板橋； 縱橫梁拓寬加固； 不等剛度梁； 荷載橫向分布計算； 有限元方法

0引言

為了滿足道路加寬與荷載等級提高的要求，采用在原橋左右兩側(cè)各增加一道縱梁，在縱梁下部加設(shè)橫梁，將原橋“托起”，形成的縱橫梁拓寬加固技術(shù)[1]，這種方法由于施工簡單、受力明確備受大家關(guān)注。然而，拓寬加固后，邊梁與中梁剛度不等，邊梁剛度更大，且同時有橫梁作用，如何計算這種拓寬加固結(jié)構(gòu)的橫向分布問題，是橋梁加固計算中一個重要內(nèi)容。由于這種加固技術(shù)并不常見，國內(nèi)外對此類問題的研究少見報道，但有學(xué)者針對邊梁剛度不等問題的有研究，提出“大邊梁”的剛度換算方法[2]。本文針對空心板橋拓寬加固的工程實際，采用有限元建模計算和理論分析計算，兩種方法比較，提出空心板橋拓寬加固時荷載橫向分布計算方法。

1空心板橋拓寬加固結(jié)構(gòu)荷載橫向分布特征

采用縱橫梁拓寬加固技術(shù)加固的空心板橋梁，如圖1，由于結(jié)構(gòu)的空間整體性，當(dāng)橋上作用外荷載時，各片主梁將共同參與受力，這就形成了各片主梁之間的內(nèi)力分布。每片主梁分布到的內(nèi)力的大小，隨主梁剛度、橋梁結(jié)構(gòu)以及荷載作用位置的不同而不同，拓寬加固中必須準(zhǔn)確的計算結(jié)構(gòu)的受力。按照不等剛度梁的荷載橫向分布計算理論，分

圖1　縱橫梁拓寬加固空心板橋橫截面示意圖

“二次”計算，然后疊加。

2不等剛度荷載橫向分布理論

針對工程實踐中的不等剛度梁的荷載橫向分布計算問題，學(xué)者提出了“大邊梁”的計算方法。

2.1不等剛度荷載橫向分布基本原理

不等剛度荷載橫向分布系數(shù)計算方法，也稱為帶“大邊梁”荷載橫向分布計算法[2]，它首先將剛度較大主梁的剛度分為兩部分，一部分剛度與較小主梁剛度相等，超出較小剛度主梁的剛度部分則視為在梁底施加“彈性支承”剛度，計算時先按等剛度主梁計算橫向分布，再將多余剛度看作“彈性支承”，將“彈性支承力”作為未知反力來求解，并求出“彈性支承力”對橫向分布的影響量，然后將結(jié)果進(jìn)行疊加，即可得到荷載橫向分布影響線豎標(biāo)值。它一般適用于邊梁剛度較中部主梁大出較多的橋梁荷載橫向分布的計算，而這一條件剛好符合縱橫梁拓寬加固結(jié)構(gòu)的特點。

2.2不等剛度荷載橫向分布計算

不等剛度荷載橫向分布計算分兩部分，一部分與等剛度梁的計算相同，超出主梁剛度部分則需另外考慮，然后再將這兩部分引起的荷載橫向分布疊加即可。第一部分計算不再贅述，超出部分計算如下：

由文獻(xiàn)[3]的推導(dǎo)可知超出剛度部分引起的荷載橫向分布計算公式如下：

A邊梁處的荷載橫向分布計算公式為：

(1)

B邊梁處的荷載橫向分布計算公式為：

(2)

中梁荷載橫向分布計算公式為：

(3)

(4)

(5)

3不等剛度法與有限元計算對比

為了研究不等剛度荷載橫向分布計算理論在縱橫梁拓寬加固結(jié)構(gòu)荷載橫向分布計算中的適用性，本文以某13 m跨徑預(yù)應(yīng)力空心板橋為例，進(jìn)行拓寬加固計算，采用不等剛度法和有限元模型分別對加固后橋梁荷載橫向分布進(jìn)行計算。

3.1工程概況

某標(biāo)準(zhǔn)跨徑為13 m的預(yù)應(yīng)力砼空心板橋，共有8塊空心板，板與板之間橫向聯(lián)系采用鉸接。進(jìn)行縱橫梁拓寬加固時，在原橋兩邊各設(shè)置一道縱梁，并在縱梁之間設(shè)置一道橫梁?？v橫梁拓寬加固空心板截面示意圖如圖1，原橋空心板截面如圖2，拓寬加固的兩個邊梁采用T梁截面示意圖如圖3a，連接兩片縱梁的橫梁截面如圖3b。

圖2　原橋空心板截面(單位： mm)

圖3　新增縱梁和橫梁截面(單位： mm)

3.2不等剛度法計算橫向分布影響線

計算縱橫梁拓寬加固結(jié)構(gòu)荷載橫向分布時，先按等剛度進(jìn)行計算，等剛度條件下荷載橫向分布影響線豎標(biāo)值在文獻(xiàn)[4]中查表即可得到。對于超出部分剛度作用下的影響線豎標(biāo)值，首先應(yīng)計算出剛度比，然后再根據(jù)式(1)～式(5)進(jìn)行計算即可得到相應(yīng)的影響線豎標(biāo)值。再將以上兩部分結(jié)果進(jìn)行疊加，現(xiàn)計算了1號梁、3號和5號板的荷載橫向分布影響線，如圖4。

圖4　荷載橫向分布影響線

3.3有限元法計算

利用空間有限元分析軟件Midas/Civil計算縱橫梁拓寬加固后的橋1號梁、3號和5號板的荷載橫向分布情況，有限元模型如圖5。

圖5　縱橫梁拓寬加固有限元模型

計算得到的1號梁、3號和5號板的荷載橫向分布影響線如圖6。

圖6　荷載橫向分布影響線

3.4結(jié)果對比分析

將2種方法計算所得結(jié)果繪于同一圖中，如圖7所示，其中帶點標(biāo)號表示有限元計算結(jié)果。

圖7　荷載橫向分布影響線對比圖

對比兩種計算方法所得的橫向分布影響線可以直觀的看出，以不等剛度計算法計算所得的縱橫梁拓寬加固后橋梁的荷載橫向分布影響線與有限元計算結(jié)果較為吻合，說明不等剛度荷載橫向分布計算法能夠用于縱橫梁拓寬加固空心板橋結(jié)構(gòu)荷載橫向分布影響線的計算。盡管只計算了空心板橋，但該方法源自于T梁剛度不等的荷載橫向分布計算，因此，“大邊梁”的橫向分布計算理論同樣適用于拓寬加固空心板橋、T梁橋的計算。

4結(jié)論

本文針對縱橫梁拓寬加固空心板橋梁的實際特點，引入了不等剛度計算法計算縱橫梁拓寬加固后橋梁的荷載橫向分布，并將其與有限元計算結(jié)果進(jìn)行對比，兩種計算方法所得結(jié)果較為吻合，說明不等剛度荷載橫向分布計算方法適用于縱橫梁拓寬加固空心板橋、T梁橋結(jié)構(gòu)荷載橫向分布的計算，為橋梁加固的設(shè)計計算提供依據(jù)。

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文章編號：1008-844X(2016)02-0160-03

收稿日期:2016-04-13

作者簡介:李智( 1981-) ，男，工程師，主要從事高速公路建設(shè)管理。

中圖分類號：U 448.21+2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A