中小跨度剛接板梁橫梁影響分析

張永杰，金 濤

（寧波市城建設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 寧波 315012）

0 引言

10～20 m 的中小跨度預(yù)制空心板梁橋是城市橋梁的主力軍，但傳統(tǒng)鉸縫連接的板梁，其鉸縫易開裂，耐久性及后期維護(hù)存在一定的問題。即使采用了一些技術(shù)措施，但是固有問題仍然難以解決。近年來，國內(nèi)越來越多地嘗試使用濕接法連接的結(jié)構(gòu)來解決鉸縫開裂問題，其中濕接法預(yù)制空心板梁是其中一個使用較多的結(jié)構(gòu)形式。

在25 m 以上預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)、T 梁結(jié)構(gòu)中，設(shè)置橫隔板和端橫梁是一個加強(qiáng)橋梁整體性的非常有利的措施，經(jīng)受了多年的實(shí)踐檢驗(yàn)[1]。那么在20 m以下中小跨徑板梁中，橫隔板的作用是否仍然那么明顯有必要做一個對比。

結(jié)合寧波市興寧東路延伸段工程橋梁，通過比較多種跨度濕接法預(yù)制空心板梁在設(shè)置多種橫梁形式時對荷載橫向分布系數(shù)的變化情況，揭示橫梁在此類板梁中對結(jié)構(gòu)的影響，可為此類中小跨度濕接法橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

橋梁總長152.0 m，橋梁總寬36 m。橋跨布置為（16+20+25+30+25+20+16）m。如圖1 所示，橫橋向分為三幅橋梁，兩側(cè)為4.5 m 的人非混行道橋梁，中間為27.0 m 的車行道橋梁，人非混行道橋梁與車行道橋梁結(jié)構(gòu)分離并且結(jié)構(gòu)形式不同。

圖1 橋梁橫斷面（單位：cm）

車行橋上部結(jié)構(gòu)：16 m、20 m 跨采用C50 后張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，濕接法連接；25 m、30 m跨采用C50 預(yù)制小箱梁。

本工程的中小跨度剛接預(yù)制空心板梁，采用后張法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，空心板梁邊板和中板斷面圖如圖2 所示。

圖2 板梁斷面（單位：cm）

2 研究方法

計(jì)算荷載橫向分布系數(shù)時，建立整橋模型，模擬結(jié)構(gòu)當(dāng)車輪荷載作用在橋梁跨中時各板梁跨中撓度橫向分布規(guī)律來確定橋梁荷載橫向分布系數(shù)[2]。具體計(jì)算時將多個集中荷載P 加載于橋梁跨中處，可得到各板梁相應(yīng)的一組跨中撓度值。因各片梁的剛度一致，各片梁所分擔(dān)的荷載與跨中撓度是線型相關(guān)的。因此可按下式計(jì)算各片梁的荷載橫向分布系數(shù)。對比不同的橫向連接形式得到的橫向分布系數(shù)數(shù)值，最終研究車輛荷載作用下，各種橫向連接方式對板梁橫向分布系數(shù)的影響[3]。

式中：ηi為i 號梁的影響線坐標(biāo)值；fi為集中力作用于橋梁跨中橫向某位置時i 號梁跨中截面撓度。

為使計(jì)算結(jié)果對中小跨度結(jié)構(gòu)更有通用性，將板梁跨徑拓展至市政項(xiàng)目中常用的10 m、13 m、16 m和20 m 四種板梁，梁高分別為60 cm、70 cm、80 cm和100 cm，采取10.5 m 橋面凈寬為標(biāo)準(zhǔn)斷面。按雙車道加載計(jì)算，以僅在跨中設(shè)置一道中隔板、僅在兩端設(shè)置端橫梁（兩道隔板）、中隔板和端橫梁均設(shè)置（三道隔板）三種方案與不設(shè)置中隔板、端橫梁做了一個橫向?qū)Ρ?，以?jì)算結(jié)果顯示是否有必要設(shè)置中隔板和端橫梁。

為凸顯計(jì)算結(jié)果，P/2 按200 kN 取值?？缰胁驾d形式如圖3 所示。

圖3 橫向布載斷面（：cm）

3 模型計(jì)算與結(jié)果

為最大程度地消除傳統(tǒng)理論計(jì)算方法與實(shí)際結(jié)果存在的誤差，用Midas 計(jì)算軟件，采用空間實(shí)體單元建立各跨徑板梁整橋計(jì)算模型。按圖4 進(jìn)行加載，再按式（1）計(jì)算荷載橫向分布影響線，從而計(jì)算出對應(yīng)的荷載橫向分布系數(shù)。

圖4 計(jì)算模型

經(jīng)過計(jì)算，可得各板梁計(jì)算結(jié)果，見表1～表4。

依據(jù)表1～表4 各工況跨中撓度，可得荷載橫向分布系數(shù)匯總?cè)鐖D5～圖8 所示。

圖8 20 m 板梁荷載橫向分布系數(shù)匯總

表1 10 m 板梁跨中撓度 單位：mm

表2 13 m 板梁跨中撓度 單位：mm

表3 16 m 板梁跨中撓度 單位：mm

表4 20 m 板梁跨中撓度 單位：mm

圖5 10 m 板梁荷載橫向分布系數(shù)匯總

圖6 13 m 板梁荷載橫向分布系數(shù)匯總

圖7 16 m 板梁荷載橫向分布系數(shù)匯總

由以上圖表可見，設(shè)置多道橫隔板對第四塊板梁影響極小，兩側(cè)板梁近乎繞其旋轉(zhuǎn)變動，但總體影響均較小。

4 結(jié)語

（1）設(shè)置多道橫隔板，對板梁的整體受力有利，遠(yuǎn)端板梁更能參與結(jié)構(gòu)受力，結(jié)構(gòu)整體性更好，但總體影響不大。

（2）對邊板和受力最大的中板（次邊板）而言，橫隔板數(shù)量的不同對其橫向分布系數(shù)影響較小，均在5%以內(nèi)。計(jì)算荷載橫向分布系數(shù)時可不考慮橫隔板的影響。此類中小跨徑板梁橫向受力主要通過橋面板的剛性連接傳遞，與橋面板的連接對比隔板的傳力比例已經(jīng)很小。

（3）橫梁設(shè)置對橋梁整體性較好，但對單片板梁的承載能力等并無提升作用。因此依據(jù)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合從施工方便等角度考慮，建議中小跨徑預(yù)制板梁不設(shè)置中橫隔板，但考慮實(shí)際安裝、運(yùn)營中可能出現(xiàn)板梁支座受力不均勻甚至脫空等情況，可根據(jù)情況設(shè)置端橫梁。