關(guān)于現(xiàn)澆箱梁橫梁計(jì)算方法的探析

胡家偉

摘 要：箱形截面具有良好的截面性能，在現(xiàn)代橋梁工程中得到了廣泛的應(yīng)用。橫梁作為箱梁的一個(gè)重要組成部分，是上部荷載傳遞到下部結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。橫梁就好比人體結(jié)構(gòu)中的關(guān)節(jié)，肩負(fù)著上部結(jié)構(gòu)主體安全的重要使命。本文主要探析Midas中橫梁的計(jì)算流程及主要注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：Midas;現(xiàn)澆箱梁;橫梁

中圖分類號(hào)：U441 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 總體思路

在鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力橋梁混凝土橋中，橫梁對(duì)于加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的橫向聯(lián)系，保證構(gòu)件的整體性起很大的作用，尤其是在車輛荷載和橋?qū)挷粩嘣龃蟮那闆r下，橫梁的正確受力分析和設(shè)計(jì)計(jì)算已成為整個(gè)設(shè)計(jì)中比較重要的一部分。

橫梁計(jì)算過程中，除了承受自己本身的荷載以外，最主要還是承受縱向傳遞的荷載，即縱向主梁所承受的荷載通過腹板、頂?shù)装逡约袅Φ男问絺鬟f到橫梁，然后通過支座傳遞到下部結(jié)構(gòu)中?？v向主梁傳遞荷載的方式主要有以下三種：等效重量法、等效剪力法、腹板剪力法。在采用上述三種方法對(duì)橫梁進(jìn)行計(jì)算前，首先確定主梁在永久作用荷載時(shí)產(chǎn)生的此橫梁下支座反力Gz和橫梁模型的重量GL。

1.1 等效重量法

此方法假定：提高橫梁自重提高系數(shù)可以等效為箱梁對(duì)橫梁本身的外荷載。

實(shí)際就是橫梁計(jì)算模型的材料自重×[橫梁自重提高系數(shù)]的方式。

1.2 等效剪力法

此方法假定：箱梁是通過箱梁與橫梁模型的全部接觸面積上的剪力對(duì)橫梁進(jìn)行加載。 確定橫梁模型的端部位置截面中每個(gè)高度變化位置距離左梁端距離和橫梁高度變化點(diǎn)位置的荷載轉(zhuǎn)化值。

1.3 腹板剪力法

此方法假定：箱梁是通過箱梁與橫梁模型的腹板接觸面積上的剪力對(duì)橫梁進(jìn)行加載，忽略上下頂板、倒角對(duì)橫梁的作用。確定橫梁模型的端部位置截面中每個(gè)高度變化位置距離左梁端距離和橫梁高度變化點(diǎn)位置的荷載轉(zhuǎn)化值。

2 項(xiàng)目概況

本橋?yàn)?0+40+25 m的現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土主梁，變寬，橋面寬度為55.6 m～44.8 m，主梁高度為2.3 m，橋面橫坡為1.5%，底板水平。箱梁截面采用單箱八室，跨中段頂板厚度25 cm，底板厚度23 cm，腹板厚度50 cm。腹板加厚段，腹板厚度增加到75 cm，橫梁兩側(cè)縱向倒角長度為2 m，頂板加厚35 cm～60 cm，底板加厚20 cm～43 cm。端橫梁寬度為2 m，中橫梁寬度為4 m。

本項(xiàng)目縱梁的計(jì)算采用梁格的方式劃分截面來進(jìn)行計(jì)算，其縱梁劃分為9片縱梁，采用上下對(duì)齊的方式進(jìn)行劃分，強(qiáng)制移軸，保證每片縱梁的抗彎慣性矩不變。

3 橫梁計(jì)算

3.1 橫梁模型

根據(jù)箱形截面梁的受力機(jī)理，橫梁計(jì)算模型一般有兩種方式：一是按照矩形截面梁進(jìn)行計(jì)算;二是考慮箱梁翼緣的有效寬度，采用工字形截面進(jìn)行計(jì)算。

《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 3362-2018）中4.3.4條給出了箱形截面梁在腹板兩側(cè)上、下翼緣的有效寬度的計(jì)算方法。橫梁的計(jì)算，個(gè)人認(rèn)為也應(yīng)該考慮橫梁兩側(cè)頂?shù)装逵行挾确植嫉膯栴}，其原理與T形截面梁一樣。箱形截面梁翼緣有效寬度，目前比較通用的是《德國規(guī)范DN1075》推薦的方法。這個(gè)方法已為《德國鋼橋設(shè)計(jì)規(guī)范DNI073》、《美國規(guī)范 AASHTO LRFD》所采用?！读簶颉返谄哒乱步榻B了這個(gè)方法。本次也采用這個(gè)方法。

通過對(duì)規(guī)范的探究以及工程實(shí)例的分析，本次橫梁計(jì)算采用工字形截面進(jìn)行分析。橫梁兩側(cè)頂?shù)装彘L度取值為6倍的頂板厚度即150 cm。

3.2 橫梁荷載

3.2.1 恒載

本次橫梁計(jì)算采用腹板剪力法，即將縱向傳遞的荷載都加載到橫梁兩側(cè)所對(duì)應(yīng)腹板的位置上，按照均布荷載的方式進(jìn)行加載。其中縱向傳遞剪力荷載的關(guān)鍵值在于荷載的選取，通過查閱相關(guān)資料，部分認(rèn)為只考慮縱向恒載傳遞的剪力，不考慮縱向溫度、沉降等荷載傳遞到橫梁處的剪力值;個(gè)人認(rèn)為，橫梁作為橋梁上下部結(jié)構(gòu)銜接的關(guān)鍵位置，整體溫度、梯度溫度、沉降等次內(nèi)力均應(yīng)考慮。

3.2.2 活載

橫梁計(jì)算時(shí)活載的計(jì)算按照從縱梁中提取一個(gè)車道在橫梁處產(chǎn)生的支反力，作為橫向活載加載的軸重。從中提取的單車道支反力需要扣除縱梁計(jì)算時(shí)所考慮的相關(guān)系數(shù)，如：縱向折減系數(shù)、橫向折減系數(shù)、偏載增大系數(shù)、沖擊系數(shù)等。

參考Midas橫向計(jì)算的相關(guān)資料，其橫向活載值的計(jì)算需要考慮以下要素：

①當(dāng)采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行橫向分析時(shí)，車輪荷載的作用效應(yīng)與車輪荷載（行車向）分布寬度和（梁段）縱向?qū)挾扔嘘P(guān)，等效荷載=（P/分布寬度）×縱向?qū)挾?（即車輪荷載×梁段長度/車輪荷載行車向分布長度）。

②對(duì)應(yīng)于程序的橫向車道線定義時(shí)參數(shù)輸入：

比例系數(shù)：車輪荷載傳遞到板上的縱向分布寬度a的倒數(shù)。

③移動(dòng)車輛定義時(shí)參數(shù)輸入：

車輪荷載：按單軸計(jì)算時(shí)，輸入軸重的一半;按全車計(jì)算時(shí)，輸入全車重量的一半;

分布寬度（縱向分布寬度a）：定義了比例系數(shù)后，此處的分布寬度輸入值為1;

縱向?qū)挾龋憾螌挾龋簷M向框架梁的梁段長度，即該梁段在整體橋梁模型中的長度，通常取1 m梁段（也可按需取值）;

最多車道數(shù)：該橫向分析模型上可能作用的最多車道數(shù)。

3.2.3 其他

除了上述中提及的恒載和活載，部分資料認(rèn)為還應(yīng)該考慮橫梁分析時(shí)的溫度，包括整體溫度和梯度溫度，本人認(rèn)為可以不用考慮。橫梁作為縱梁的一部分，其在溫度作用下的變形是跟隨縱梁而變化的，而非橫向變形。

4 結(jié)論

通過對(duì)此橫梁模型的計(jì)算分析并與縱向梁格模型中整體計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析，針對(duì)這種結(jié)構(gòu)的橫梁計(jì)算模型，其計(jì)算結(jié)果與縱向計(jì)算模型較為接近。

參考文獻(xiàn)：

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