剛接空心板梁橋橫向分布系數(shù)研究

江燕斌

（上海市寶山區(qū)市政工程管理中心，上海市201900）

剛接空心板梁橋橫向分布系數(shù)研究

江燕斌

（上海市寶山區(qū)市政工程管理中心，上海市201900）

對剛接空心板梁橋橫向分布系數(shù)計算方法及影響因素進(jìn)行了對比分析。計算結(jié)果表明，對比梁格法，剛接板梁法計算結(jié)果偏不安全，設(shè)置中橫梁及考慮鋪裝層對橫向分布系數(shù)有一定影響，使橋梁橫向受力更均勻。

剛接空心板；剛接板梁法；梁格法；橫向分布系數(shù)

0 引言

在上海地區(qū)中小跨橋梁一般優(yōu)先推薦采用空心板梁橋，但之前采用的鉸接空心板梁，鉸縫成為全橋薄弱環(huán)節(jié)，在繁重交通作用下，鉸縫失效導(dǎo)致單梁受力的弱點一直無法解決。為避免該缺陷導(dǎo)致的交通中斷及后期養(yǎng)護(hù)維修成本，擬采用了一種新型預(yù)制裝配式板梁結(jié)構(gòu)，即剛接板梁[1]，板與板之間取消鉸縫而采用后澆濕接頭剛性連接。

板梁剛接后，受力介于整體板及小箱梁之間。剛接板梁縱橫向傳力構(gòu)件的相對剛度與整體板及小箱梁均不同，導(dǎo)致其橫向分布系數(shù)有其自身特點。板梁橫向分布系數(shù)計算方法有多種，本文擬采用近年普遍采用的梁格法及剛接板梁法進(jìn)行分析與研究。

1 橫向分布系數(shù)計算方法研究

1.1 概述

本次計算橫向分布系數(shù)采用以下方法：采用Midas建立梁格計算各片梁活載最大縱向彎矩，計算單梁單個車道作用時跨中最大彎矩，兩者的比值作為各片梁的橫向分布系數(shù)。該橫向分布系數(shù)計算方法未考慮區(qū)分跨中和支點處橫向分布系數(shù)的不同，導(dǎo)致其與跨中橫向分布系數(shù)相比時偏大，但考慮對跨中彎矩來說，起主要作用的還是L/4～3L/4處荷載，故忽略由此處理導(dǎo)致的誤差。

梁格建模時，虛擬橫向構(gòu)件高度應(yīng)按板梁橫斷面高度變化分段設(shè)置，但一般簡化統(tǒng)一取濕接縫厚度。本次梁格建模時分別采用簡化和精確模擬虛擬橫向構(gòu)件高度兩種方法，對這兩種計算結(jié)果進(jìn)行對比，以判斷簡化處理導(dǎo)致的誤差范圍。本文還對梁格法與剛接板梁法計算的橫向分布系數(shù)進(jìn)行了對比，以判斷剛接板梁法的適用性。

板梁斜交時，梁格建模分正交梁格和斜交梁格兩種。一般板梁適用斜交角度小于30°，本文對斜交30°板梁橋分布采用正交梁格和斜交梁格建模，對橫向分布系數(shù)進(jìn)行了對比，以探討斜交梁格的適用范圍。本文還順帶從梁格中提取了活載最大正負(fù)彎矩并進(jìn)行了分析，以供參考。

本文采用計算模型采用剛接空心板通用圖中的22m跨徑剛接板梁，梁高0.95m,設(shè)計荷載為城－A級，端橫梁寬度0.35m。橋?qū)挿?4.0m和12.0m兩種,橫截面形式見圖1、圖2。

1.2 正交板梁橫向分布系數(shù)計算方法研究

對24.0m寬斷面建模計算，橋梁正交，3種橫向分布系數(shù)計算方法計算結(jié)果見表1。

對12.0m寬斷面建模計算，橋梁正交，3種橫向分布系數(shù)計算方法計算結(jié)果見表2。

由表1分析，剛接板梁法誤差在-8.8%～-17.3%，且偏不安全。梁格法（簡化）誤差在7.1%～16.1%，偏安全。

由表2分析，剛接板梁法誤差在1.3%～-14.8%，且偏不安全。梁格法（簡化）誤差在4.7%～6.7%，偏安全。

由表1、表2誤差變化趨勢可知，剛接板梁法計算剛接空心板橫向分布系數(shù)偏不安全，但隨著橋?qū)挏p少，誤差有減小趨勢。梁格法（簡化）計算剛接空心板橫向分布系數(shù)偏安全，隨著橋?qū)挏p少誤差有減小趨勢。

圖1 24.0m寬橋梁橫斷面

圖2 12.0m寬橋梁橫斷面（單位：mm）

表1 24.0m寬斷面橫向分布系數(shù)對比

表2 12.0m寬斷面橫向分布系數(shù)對比

剛接板梁法計算誤差產(chǎn)生的原因在于其無法考慮單塊板梁非懸臂部分（即底板寬度范圍內(nèi)，如圖1中1.1m底板范圍）的橫向變形，該算法默認(rèn)該部分區(qū)域梁不產(chǎn)生橫向撓度，僅可考慮懸臂部分橫向撓度。對于常規(guī)T梁、小箱梁，高跨比相對較大，底板范圍梁自身橫向撓度相對懸臂部分較小，故該因素導(dǎo)致誤差較小。板梁鉸接時該因素亦影響不大，而板梁剛接后由以上計算結(jié)果可知，該因素已無法忽略。

為進(jìn)一步驗證以上判斷，本文取跨徑20m,梁高和寬分別為0.90m、10m的整體實心板利用橋梁博士的橫向分布計算工具進(jìn)行剛接板梁法分析。當(dāng)實體板分別按1m、0.5m分割成10片和20片梁進(jìn)行剛接板梁法分析時，在整體板邊緣作用單位力，10片板梁的第1塊板橫向分布系數(shù)為0.155，20片板梁的第1、2塊板橫向分布系數(shù)分別為0.103、0.098，兩種分割方法導(dǎo)致受力差別達(dá)（0.103+0.098）/0.155=1.30，其原因即為板與板間的變形差剛接板梁法可以考慮，但單塊板梁自身橫向變形被忽略。

1.3 斜交板梁橫向分布系數(shù)計算方法研究

對24.0m寬斷面建模計算，橋梁斜交30°，正交梁格和斜交梁格橫向分布系數(shù)計算方法計算結(jié)果見表3。

由表3可知，對剛接空心板梁，在斜交角度30°時，正交梁格和斜交梁格仍差別不大，可根據(jù)方便程度選用任一種。

在正交梁格模型中，活載產(chǎn)生的最大正彎矩為691kN·m,負(fù)彎矩為-454kN·m。對整體斜交板，影響板梁受力的因素[2]有：斜交角、寬跨比、支承形式。寬跨比越大，斜板相對寬度越大，斜橋特點越明顯。相對鉸接空心板，剛接空心板梁斜橋特點應(yīng)更明顯。因此，剛接空心板梁斜橋鈍角負(fù)彎矩加強(qiáng)鋼筋不能簡單借用鉸接板梁的習(xí)慣做法，需研究后進(jìn)一步加強(qiáng)該部分鋼筋。

表3 24.0m寬斷面（斜交30°）橫向分布系數(shù)對比

2 橫向分布系數(shù)影響因素

2.1 影響因素概述

影響剛接板梁橫向分布系數(shù)的因素有：中橫梁、橋面鋪裝、板梁片數(shù)、跨徑。一般跨徑越小，橫向分布系數(shù)越大；板梁片數(shù)越多，橫向分布系數(shù)越小。鑒于板梁片數(shù)和跨徑由使用功能確定，本文只研究中橫梁和橋面鋪裝的影響。三個一組的對比模型中，模型一采用圖1或圖2斷面，跨徑22m，正交，采用0.95m高、0.35m厚端橫梁（與標(biāo)準(zhǔn)圖一致）。模型二在模型一基礎(chǔ)上跨中增設(shè)0.95m高、0.35m厚中橫梁一道。模型三在模型一基礎(chǔ)上考慮8cm混凝土鋪裝參與作用。

通過上述關(guān)于計算方法的討論，本次研究中橫梁和橋面鋪裝的影響時采用梁格法（精確模擬橫向剛度），并只對正交橋梁進(jìn)行討論，斜交橋梁可參考正交橋梁結(jié)論。

2.2 板梁橫向分布系數(shù)影響因素研究

對24.0m寬斷面三種模型橫向分布系數(shù)計算方法計算結(jié)果見表4。

對12.0m寬斷面三種模型橫向分布系數(shù)計算方法計算結(jié)果見表5。

由表4分析，跨中增設(shè)中橫梁，除邊梁略有增加外，其他板梁橫向分布系數(shù)減少3.2%～9.4%；考慮8cm混凝土鋪裝，所有板梁橫向分布系數(shù)減少0～9.4%。

由表5分析，跨中增設(shè)中橫梁，除邊梁略有增加外，其他板梁橫向分布系數(shù)減少0～5.3%；考慮8cm混凝土鋪裝，所有板梁橫向分布系數(shù)減少0～2.6%。

由表4、表5誤差變化趨勢可知，隨著橋?qū)挏p少，增設(shè)中橫梁和考慮混凝土鋪裝的影響均有減小趨勢。

表4 24.0m寬斷面橫向分布系數(shù)影響因素分析

表5 12.0m寬斷面橫向分布系數(shù)影響因素分析

3 結(jié) 論

（1）橋梁寬時，剛接板梁法計算偏不安全。

（2）中橫梁對橫向分布系數(shù)有影響，但影響程度與橋梁寬度有關(guān)。

（3）增設(shè)中橫梁和考慮橋面鋪裝影響對荷載橫向分布有一定作用，能使橋梁橫向受力更均勻，且影響隨橋梁變窄而減小。

[1]朱立鋒，李艷，盧永成，等.新型預(yù)應(yīng)力剛接板梁足尺試驗研究[J].中國市政工程，2015（3）：94-97.

[2]范立礎(chǔ).橋梁工程(上冊)[M].北京：人民交通出版社，2003.

[3]E.C.漢勃利.橋梁上部構(gòu)造性能[M].郭文輝，譯 .北京：人民交通出版社，1982.

U441

：A

：1009-7716（2017）02-0146-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.02.045

2016-11-30

江燕斌（1972-），男，工程師，從事橋梁管理養(yǎng)護(hù)工作。