寬幅裝配式小箱梁橋荷載橫向分布數(shù)值分析

蘆 欣

（新疆交投建設(shè)管理有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

引言

隨著交通量的快速增長，在城市主干道市政橋梁設(shè)計(jì)中，越來越多的橋梁寬度超過40 m，甚至超過80 m，導(dǎo)致寬跨比大于1，甚至更大[1]。寬橋的空間效應(yīng)明顯，其荷載橫向分布情況可能會與窄橋有所區(qū)別，因此亟需對寬幅裝配式梁橋荷載橫向分布進(jìn)行研究。

目前學(xué)者們在荷載橫向分布方面做了大量有益的工作，部分學(xué)者[2-3]考慮了剪切滑移效應(yīng)和橋梁損傷，提出了考慮相應(yīng)因素的裝配式梁橋荷載橫向分布系數(shù)計(jì)算方法；錢寅泉[4]對窄幅小箱梁橋的荷載橫向分布系數(shù)進(jìn)行了研究；其他學(xué)者[5-8]對裝配式梁橋荷載橫向分布系數(shù)的影響因素、變化規(guī)律及新的計(jì)算方法等進(jìn)行了研究，然而上述研究都是集中于裝配式T梁和空心板橋的研究，其研究結(jié)果的適用范圍受限。而對寬幅裝配式小箱梁橋的荷載橫向分布系數(shù)的求解方法的適應(yīng)性卻鮮有人提及。

1 分析對象與方法

1.1 分析對象

以3×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁為研究基礎(chǔ)，通過增加梁片數(shù)來實(shí)現(xiàn)小箱梁橋?qū)捒绫鹊淖兓?，寬跨比分別為0.75、1、1.25、1.5、2五種寬跨比進(jìn)行對比分析。主要采用剛接梁法、修正偏心壓力法、G-M法和有限元梁格法四種方法在寬跨比變化的情況下，比較各種方法計(jì)算結(jié)果的異同及變化規(guī)律。

由于小箱梁沿縱向變化較小，故對于簡化計(jì)算暫不計(jì)縱向截面變化，根據(jù)設(shè)計(jì)的箱梁結(jié)構(gòu)尺寸，利用Midas計(jì)算其截面特性。

1.2 分析方法

分別用剛接梁法、修正偏心壓力法、G-M法和有限元模型數(shù)值法進(jìn)行計(jì)算分析。以有限元梁格法為基準(zhǔn)進(jìn)行比較，分析出不同寬跨比下荷載橫向分布系數(shù)最優(yōu)解法。

圖1 有限元模型

對于一般裝配式連續(xù)梁橋，其荷載橫向分布計(jì)算步驟：先有等跨的裝配式變截面梁橋轉(zhuǎn)化成等截面橋梁，最后等效成等截面簡支梁。連續(xù)梁簡化方法主采用等代簡支板法。

對于中梁跨中截面，抗彎剛度：

式中：EI—抗彎剛度；L—計(jì)算跨徑。

等代剛度：

式中：EI—換算抗彎剛度，故：

EI=1.429EI；I=0.533。

同理,邊梁跨中截面可按此方法計(jì)算，數(shù)據(jù)見表1。

表1 彎矩剛度換算（m4）

由于該橋橫截面大部分是等截面，僅末端錨固位置是變截面，并且其變化很小，因此可以將其視為等截面，無需轉(zhuǎn)換抗扭剛度。

2 荷載橫向分布的計(jì)算

2.1 各寬跨比荷載橫向分布系數(shù)

為了研究隨著寬跨比的增加，寬幅裝配式小箱梁橋荷載橫向分布系數(shù)的變化規(guī)律及計(jì)算方法的適應(yīng)性，分別在寬跨比0.75、1.0、1.25、1.5、2.0時計(jì)算各片梁的荷載橫向分布系數(shù)，同時對比各個方法在不同主梁和不同寬跨比的異同。表2列出0.75寬跨比下的數(shù)據(jù)，寬跨比1.25、1.5、2.0時所對應(yīng)的數(shù)據(jù)見圖2。

通過表2和圖2可知，與有限元梁格法相比：（1）修正偏心壓力法，在寬跨比0.75、1.0、1.25、1.5、2.0下的計(jì)算結(jié)果誤差都較大，其中在2.0寬跨比下，其最大誤差達(dá)43.7%；（2）剛接梁法在5個寬跨比的計(jì)算結(jié)果中，誤差整體較為穩(wěn)定，但是部分梁片出現(xiàn)誤差較大，最大誤差為5.8%，結(jié)果偏不安全；（3）G-M法，在5個寬跨比中，其計(jì)算值與有限元法計(jì)算結(jié)果吻合度較好，誤差均小于5%。可知，與有限元梁格法相比，修正偏心壓力法，隨著寬跨比越大其誤差越大，說明偏心壓力法不適用與寬幅裝配式小箱梁橋；剛接梁法，隨著寬跨比增大，其誤差范圍變化不大，但是部分計(jì)算絕對誤差大于5%，對于寬幅裝配式小箱梁橋不建議使用剛接梁法；G-M法，隨著寬跨比增大，其誤差比較穩(wěn)定，均小于5%。

圖2 不同寬跨比下荷載橫向分布系數(shù)對比

表2 0.75寬跨比荷載橫向分布系數(shù)對比

2.2 單片梁荷載橫向分布系數(shù)

邊梁荷載橫向分布系數(shù)計(jì)算結(jié)果比較見表3、圖3。

表3 邊梁荷載橫向分布系數(shù)對比

圖3 邊、中梁荷載橫向分布系數(shù)對比

由表3、圖3可知：（1）剛接梁法，隨著梁片數(shù)增加即寬跨比增大，剛接梁法整體誤差較為穩(wěn)定，但是最大誤差到達(dá)了5.8%，超過了工程允許誤差，這是由于對于寬幅的裝配式小箱梁橋的橋梁寬度較大，其箱梁的扭轉(zhuǎn)及畸變效應(yīng)沒有考慮充分，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)誤差，因此對于寬幅裝配式小箱梁橋的荷載橫向分布計(jì)算，不建議使用剛接梁法。（2）對于修正偏心壓力法，隨著寬跨比的增大，其計(jì)算結(jié)果與有限元梁格法相比，誤差越來越大，其中邊梁最大誤差為28.9%，中梁最大誤差為9.5%，由此說明修正偏心壓力法不適用于寬幅裝配式小箱梁橋。（3）隨著橋梁寬跨比增大，G-M 法計(jì)算結(jié)果與有限元梁格法的計(jì)算值較為吻合，計(jì)算精度也較高。（4）橋梁荷載橫向分布系數(shù)的變化規(guī)律是，隨著寬跨比的增大，各主梁的荷載橫向分布系數(shù)數(shù)值在減?。煌瑫r，邊梁數(shù)值一直大于中梁，說明橋梁寬跨比越大，荷載橫向分布能力越強(qiáng)，每片梁的數(shù)值越小。

3 結(jié)語

（1）對于同一跨徑寬幅裝配式小箱梁橋，隨著寬跨比的增大，各片梁跨中截面荷載橫向分布系數(shù)逐漸遞減；其中，當(dāng)寬跨比到達(dá)1.25 時，荷載橫向分布系數(shù)趨于平穩(wěn)不變；G-M法計(jì)算荷載橫向分布系數(shù)結(jié)果與有限元梁格法計(jì)算結(jié)果誤差較小，因此G-M法適用于計(jì)算寬幅裝配式小箱梁橋的荷載橫向分布系數(shù)。（2）對于修正偏心壓力法，當(dāng)寬跨比大于0.75時，寬幅裝配式小箱梁橋，修正偏心壓力法誤差都較大，且隨著寬跨比的增大，其計(jì)算結(jié)果的誤差越大。故對于修正偏心壓力法不適用于計(jì)算寬幅裝配式小箱梁橋的荷載橫向分布系數(shù)。