斜交板梁橋的橫向受力理論計(jì)算與試驗(yàn)分析

馬占海

（河北承德承秦高速公路管理處 承德 067000）

目前，正交簡(jiǎn)支梁橋的橫向分布系數(shù)的簡(jiǎn)化計(jì)算方法有：杠桿原理法、偏心壓力法、鉸接板（梁）法、剛接法、比擬正交異性板法［1－2］等。對(duì)于一座由多片梁組成的梁橋，當(dāng)橋上有荷載P作用時(shí)，由于結(jié)構(gòu)的橫向聯(lián)系使荷載P在縱向（x）和橫向（y）內(nèi)同時(shí)發(fā)生傳遞，并使所有主梁都不同程度參與受力，隨著荷載位置的變化，主梁所承擔(dān)的荷載也隨之變化。為分析方便，通常將空間問(wèn)題簡(jiǎn)化為平面問(wèn)題，即

S ＝Pη（x，y）≈Pη1（x）η2（y） （1）

式中：η（x，y）為空間計(jì)算某梁的內(nèi)力影響面；η1（x）為單梁在x軸方向某一界面的內(nèi)力影響線(xiàn)；η2（y）為某梁的荷載橫向分布影響線(xiàn)。

但是斜交簡(jiǎn)支梁橋荷載效應(yīng)橫向分布的計(jì)算方法在使用上還不是很方便［3－5］，因此有必要建立空間計(jì)算模型對(duì)斜交簡(jiǎn)支梁橋各片梁的受力性能進(jìn)行討論。本文以某實(shí)際簡(jiǎn)支空心梁橋?yàn)槔謩e利用空間有限元和現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)，探討了斜交板梁橋的空間受力性能和荷載效應(yīng)在橫橋向的分布規(guī)律。

1 斜板橋空間受力性能

理論和實(shí)驗(yàn)證明，簡(jiǎn)支斜板橋在垂直荷載下有向兩支承邊最短距離方向傳遞的趨勢(shì)。本文就不同傾斜程度的斜板橋，建立了空間有限元模型，討論了垂直荷載下，荷載效應(yīng)的傳遞規(guī)律。模型中每片梁寬為1.2m，共9片梁，跨徑為20m，傾角分別為0°，30°，45°，60°，1號(hào)梁跨中截面在單位荷載作用下的彎矩場(chǎng)，見(jiàn)圖1a），c），e），g）相應(yīng)的各片梁最大彎矩的位置圖，見(jiàn)圖1b），d），f），h）。

圖1 1號(hào)梁跨中截面等值線(xiàn)圖例

由圖1可見(jiàn)，傾角分別為0°，30°，45°，60°的簡(jiǎn)支梁橋，當(dāng)單位荷載作用在1號(hào)梁跨中截面時(shí)，荷載的橫向傳遞趨勢(shì)隨斜交角度的變化而變化；各片梁的跨中位置連線(xiàn)與其所受的最大彎矩位置連線(xiàn)的分離程度隨斜交角度的增大而增大。

2 實(shí)橋驗(yàn)證

某斜交簡(jiǎn)支板梁橋的計(jì)算跨徑為19.6m，橋?qū)?2.5m。上部結(jié)構(gòu)采用先張預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，每孔由9片梁組成，梁寬為1.2m，梁高0.9m。設(shè)計(jì)荷載為汽－超20級(jí)，掛－120；橫斷面布置為0.5m（防撞護(hù)欄）＋11.5m（行車(chē)道）＋0.5m（防撞護(hù)欄），見(jiàn)圖2。橋面鋪裝為10cm厚防水混凝土＋8cm瀝青混凝土，混凝土強(qiáng)度為C50，斜交角度為60°。

圖2 橫截面圖（單位：cm）

2.1 試驗(yàn)荷載及控制截面

為討論荷載效應(yīng)的分布，選用1輛350kN重車(chē)作為試驗(yàn)荷載，加載車(chē)尺寸及軸重見(jiàn)圖3。常規(guī)荷載試驗(yàn)一般是把B截面作為控制截面。本文依據(jù)上述分析提出將b截面作為控制截面?？刂平孛婕凹虞d車(chē)位置見(jiàn)圖4。

圖3 加載車(chē)重量及尺寸（單位：cm）

圖4 控制截面及加載位置（單位：cm）

2.2 撓度測(cè)點(diǎn)

沿第1跨跨端A，C截面、跨中B截面以及從3號(hào)梁開(kāi)始偏離B截面46°的b截面，布置撓度測(cè)點(diǎn)。測(cè)量時(shí)采用電阻式位移計(jì)進(jìn)行測(cè)試，具體撓度測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖5。

圖5 撓度測(cè)點(diǎn)布置圖（單位：cm）

2.3 測(cè)試結(jié)果分析

試驗(yàn)所得到的各梁撓度見(jiàn)表1，將撓度定義為向下為負(fù)，所得結(jié)果見(jiàn)圖6。

表1 試驗(yàn)荷載下各梁撓度橫向分布檢測(cè)結(jié)果 mm

圖6 試驗(yàn)荷載下各梁撓度橫向分布結(jié)果對(duì)比圖

由表1和圖6可見(jiàn)，在試驗(yàn)荷載作用下，橫向傳遞受斜交角的影響很大，不容忽略。距離荷載作用位置越遠(yuǎn)的主梁，其最大撓度出現(xiàn)的位置距離跨中也越遠(yuǎn)。

3 結(jié)論

（1）裝配式簡(jiǎn)支斜交空心板梁橋在垂直荷載下有向兩支承邊最短距離方向傳遞的趨勢(shì)。

（2）在對(duì)斜橋進(jìn)行設(shè)計(jì)或檢測(cè)評(píng)定過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)空間有限元分析模型分析傾角對(duì)荷載橫向傳遞的影響，以減小利用簡(jiǎn)化的橫向分布系數(shù)方法所帶來(lái)的偏差。

［1］ 姚玲森.橋梁工程［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］ 謝開(kāi)仲，曾倬信，王曉燕.橋梁工程檢測(cè)技術(shù)研究［J］.廣西大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2003，28（S1）：208－211.

［3］ 余錢(qián)華，于 強(qiáng).斜交空心板橋橫向分布系數(shù)計(jì)算方法研究［J］.公路與汽運(yùn)，2013（3）：171－173.

［4］ 穆永江.簡(jiǎn)支空心板橋的荷載橫向分布特性研究［D］.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2012.

［5］ 鄭熙龍，李靜輝，孫全勝.基于空心板橋的橫向分布系數(shù)研究［J］.低溫建筑技術(shù)，2013（10）：67－69.