荷載橫向分布計算方法對主梁內力的影響

徐海賓,徐 平 ,王興國

(河南理工大學土木工程學院,河南 焦作 454003)

橋梁本身是一個三維空間結構,其精確的內力計算較為復雜。雖然目前隨著計算機技術的發展,利用有限元程序建立三維模型進行橋梁結構分析已完全可以實現,但畢竟建模和計算分析過程都相當復雜,費時費力。所以在滿足工程精度需要的情況下,目前在進行橋梁結構設計時,更多的還是將橋梁結構簡化成平面桿系模型,利用引入荷載橫向分布系數的方法完成對橋梁結構的分析計算。

1 問題的提出

對于普通的梁式橋,常用的求解荷載橫向分布系數的方法有剛性橫梁法(也叫偏心壓力法)、修正剛性橫梁法、鉸接板梁法、剛接梁法以及比擬正交異性板法。由于每種方法在推導時都做了相應的簡化和假定,所以每種方法都有相對應的適用條件,求解結果自然也都存在一定程度的誤差。對于可以利用幾種方法求解的橋梁結構,用不同的方法求得的結構既然存在一定的差異性,那么究竟利用那種方法求解更好呢?下面結合一個實例加以分析。

2 實例分析

例:某裝配式預應力混凝土簡支梁橋,計算跨徑 30m,設5道橫隔梁,跨中橫斷面如圖 1所示。

圖1 橫斷面示意(單位:cm)

根據該橋的具體情況,求解橫向分布系數時,各梁支點處利用杠桿原理法求解,跨中處可利用(修正)剛性橫梁法、鉸接板梁法、剛接梁法以及比擬正交異性板法中的任何一種求解。表1為利用不同方法求得結果的對比。

?

?

在表1計算時,近似取修正系數 β=0.9。另外考慮到比擬正交異性板法需要查閱大量的圖表,目前亦不常用,故沒有利用該方法進行計算。

對表1中數據,若以剛性橫梁法為基準,利用各種方法求得的數據比值為 1號梁:1∶0.96∶0.71∶0.82;2號梁:1∶0.89∶1.04∶0.97;3號梁:1∶1∶1.5∶1.3。由表中數據及比值分析可見,各方法所計算結果存在差異,且有的相差比較大。若從偏于安全及施工方便考慮,多取各梁中最大的橫向分布系數作為所有梁的橫向分布系數采用,則各種方法所計算最大值的比值為 0.658∶0.632∶0.621∶0.560=1∶0.96∶0.94∶0.85。結果差異在 15%以內。

根據主梁活載內力計算公式

可知,所計算的活載內力差值也控制在 15%以內。而根據大量的工程實例計算表明,對于公路橋,汽車及人群荷載在總荷載中的比重在跨徑較小時占40%左右;隨著跨徑的增大,其所占比例逐漸減小,甚至只有10%左右;若考慮超靜定結構中溫度力、預加力次內力及基礎變位等等作用力后,活載所占比重將進一步減小。

3 結 論

由以上分析可知,采用不同方法計算荷載橫向分布系數,結果之間存在一定程度的差異,有的差異甚至較大。若考慮到設計時多取最大值以及在公路橋梁中活載所占總荷載的比重較小,則差異是可以忽略的,均可滿足工程需要。所以在計算荷載橫向分布系數時,只要適用條件滿足要求,則無論用何種方法計算,結果都是可以接受的。當然,若需要知道主梁的精確受力,最好還是建立橋梁結構的三維空間模型,利用有限元程序進行精確分析。

[1]范立礎.橋梁工程(上)[M].北京:人民交通出版社,2001

[2]JTGD 60-2004公路橋涵設計通用規范[S]