剛接梁法及鉸接梁法在梁橋結(jié)構(gòu)解析中的驗(yàn)算分析

張家源

摘 要：根據(jù)剛接梁法及鉸接板理論和結(jié)構(gòu)力學(xué)基本原理，建立了基本體系的載荷一般方程且算法簡(jiǎn)單、易懂，而且計(jì)算精度很高，利用這些方程可以方便進(jìn)行不同板梁數(shù)量以及不同截面形式的橋梁設(shè)計(jì)驗(yàn)算，使得接梁法及鉸接板理論更加完整。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；剛接梁法；鉸接梁法；結(jié)構(gòu)；驗(yàn)算分析

中圖分類號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2016.23.124

1 概述

梁橋上部結(jié)構(gòu)一般由橋面、縱梁、橫梁、主梁組成。實(shí)際的橋面、橫梁都有連續(xù)性，而且根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，也有與主梁剛性連接、具有抗扭剛度的情況。因而，對(duì)于成橋階段的梁橋而言，在諸如汽車、掛車或人群等活載作用下，具有各片主梁共同受力的特點(diǎn)。至于這些荷載，每片主梁分別承擔(dān)多少，因?yàn)闃蛄航Y(jié)構(gòu)解析實(shí)際是空間解析，亦即需要研究沿縱、橫向分布荷載的效應(yīng)計(jì)算。梁橋結(jié)構(gòu)解析主要任務(wù)就是進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移計(jì)算是梁橋設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容。在驗(yàn)算分析之前必須匯集必要的基本資料，在結(jié)構(gòu)的解析過(guò)程中，還要借助于一些必要的假設(shè)條件。

2 剛接梁法

對(duì)于橋面系設(shè)有多片內(nèi)橫隔梁的且沒(méi)有經(jīng)過(guò)構(gòu)造處理或相鄰兩片主梁的連接處可以承受彎矩的或橋面板澆筑成一塊整體板的箱形截面橋或是T形截面的橋跨結(jié)構(gòu)，都可看作是剛接梁系，在設(shè)計(jì)驗(yàn)算荷載橫向分布時(shí)均可采用剛接梁法進(jìn)行。

剛接梁法分析時(shí)，將空間問(wèn)題嚴(yán)格按照任意兩根梁所分配到的荷載的比值與撓度的比值以及截面內(nèi)力的比值都相同并借助于橫向撓度分布規(guī)律的設(shè)計(jì)原理來(lái)處理，但實(shí)際集中作用的輪載以及其他分布力均不滿足這一要求。因此，剛性連接的橋面板剛接梁法的推導(dǎo)過(guò)程中，將用半波正弦荷載來(lái)替代集中荷載在縱向切口處的贅余力在半波正弦分布的峰值的分布荷載作用下按照正弦分布。這些贅余力共有五個(gè)：（1）由于扭轉(zhuǎn)中心不在橋面上而引起鄰梁對(duì)它的阻力；（2）彎矩；（3）橋面板內(nèi)縱向剪力流；（4）由于相鄰主梁彎曲后不同曲率引起的橫向扭矩；（5）豎向剪力。在豎向荷載作用下荷載橫向分布的影響很小，通過(guò)精確分析可以忽略不計(jì)，故在設(shè)計(jì)中只考慮贅余力即可，建立以贅余力的力法方程并利用切口處位移協(xié)調(diào)條件解方程后，確定各片主梁的荷載分布影響線坐標(biāo)。求解贅余力素的一般正則力法方程式，用矩陣形式可表示為：

以四梁式的簡(jiǎn)支梁橋?yàn)槔髁阂砭壈逯g為剛接由于其各主梁的剛度及截面均相等，因此運(yùn)用力法求解。把翼緣板的連接處切開(kāi)，切縫處有超靜定內(nèi)力，在單位正弦荷載作用下，六個(gè)超靜定內(nèi)力的峰值相應(yīng)地有六個(gè)變形協(xié)調(diào)條件，從而就有六個(gè)力法方程。分別求出力法方程中的系數(shù)項(xiàng)和荷載項(xiàng)，代入方程，經(jīng)過(guò)變換并引入?yún)?shù)結(jié)果得出下面的用矩陣表示的力法方程式為：

3 鉸接板法

鉸接梁橋與剛接梁法不同的是，主梁之間視為鉸接，即只傳遞剪力而不傳遞彎矩。故用力法求解時(shí)，每個(gè)切口上只有贅余力gi，所以力法方程就大大簡(jiǎn)化，以四梁式的橋面為例，力法方程中僅有三個(gè)未知力g1、g2、g3。鉸接板法主要適用于有伸出的交叉鋼筋連接的無(wú)中橫隔梁的裝配式梁橋，及僅在翼板處用焊接鋼板連接的無(wú)中橫隔梁的裝配式梁橋或現(xiàn)澆混凝土縱向企口縫連接的裝配式板橋，包括T形、箱形截面。對(duì)于肋板式梁橋有時(shí)又稱作多脊梁橋，除了可用力法求解外，也可將這類結(jié)構(gòu)理想化為鉸接板進(jìn)行求解。原因在于，多脊梁橋的橫向抗彎剛度和抗扭剛度分別與它們的縱向抗彎剛度和抗扭剛度相比，通常是很小的，這一點(diǎn)可以通過(guò)有限樣條法分析比較后得到。特性參數(shù)γ一般比β大，故在不影響計(jì)算精度的前提下，可令特性參數(shù)p=0。這樣，鉸接梁橋的實(shí)用計(jì)算將和鉸接板是一樣的。在實(shí)用計(jì)算時(shí)考慮到β的影響，可以對(duì)表列值進(jìn)行修正，設(shè)ηkk和ηki為修正后的坐標(biāo)值，則有：

4 結(jié)束語(yǔ)

剛接梁法及鉸接板梁結(jié)構(gòu)是橋梁結(jié)構(gòu)的重要結(jié)構(gòu)形式建立板梁之間的橫向聯(lián)系的裝配式結(jié)構(gòu)利用板梁之間用現(xiàn)澆混凝土灌注企口縫的一種設(shè)計(jì)及施工方法，設(shè)計(jì)計(jì)算上常常采用鉸接板理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)的橫向影響計(jì)算和設(shè)計(jì)這種聯(lián)系使得主板梁在受力時(shí)，周圍構(gòu)件能夠分擔(dān)一部分荷載，大大簡(jiǎn)化了橋梁結(jié)果計(jì)算從而把一個(gè)空間問(wèn)題轉(zhuǎn)化成為梁的問(wèn)題，探討橫截面形式以及尺寸關(guān)系對(duì)橋梁強(qiáng)度的影響對(duì)于新設(shè)計(jì)的梁的橫截面形式和尺寸都極為方便。

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