鉸接板法中引橋空心板長度、高度對橫向分布系數影響的理論探討研究

魏志民

摘 要：引橋空心板的各結構尺寸對荷載橫向分布的影響不同，實際設計中對這些因素的影響缺乏系統的研究。筆者通過選取不同結構尺寸（空心板長度、高度）條件，來對鉸接板法引橋橫向影響線及分配系數進行計算，再進行對比分析，期望對今后工程設計提供一定的參考。

關鍵詞：空心板 鉸接板法 影響線 橫向分布系數 Python 尺寸

1.前言

在碼頭引橋上部結構中，普遍采用空心板結構。對于空心板結構尺寸，交通部空心板標準圖直接為設計人員提供了若干尺寸進行參考。而在對結構進行優化設計時，改變空心板結構尺寸后，如果按照常用的方法（手動計算截面特性→查表或輸入橋梁設計軟件）則較為繁瑣。為此，筆者通過使用Python語言編寫空心板鉸接板法橫向分配影響線及影響系數計算程序，并選取空心板長度、高度為變量來進行研究，以期對今后的類似設計提供參考，提高結構選型的經濟性。

2.項目概況

某碼頭引橋寬度為9m（橫向布置9塊空心板，預應力空心板長度16m，寬度1m，高度0.75m），標準跨排架間距為16m，引橋上部結構由鋼筋砼橫梁、預應力砼空心板、喇叭口現澆鋼筋砼異形面板及現澆鋼筋砼面層組成。

3.橫向分布影響線及影響系數計算

3.1鉸接板法計算原理

對于用現澆混凝土縱向企口縫連結的裝配式板橋以及僅在翼板間用焊接鋼板或伸出交叉鋼筋連結的無中間橫隔梁的裝配式橋，由于塊件間橫向具有一定的連結構造，但其連結剛性又很薄弱，這類結構的受力狀態實際接近于數根并列而相互間橫向鉸接的狹長板（梁），在豎向荷載作用下假定結合縫內只傳遞豎向剪力。

對于橫向由n塊板組成的橋梁斷面，共有（n-1）個未知鉸接力，將每一鉸縫切開形成基本體系，利用兩相鄰板塊在鉸接縫處的豎向相對位移為零的變形協調條件，就可解出全部鉸接力峰值。每塊板兩側的鉸接力之差也就是單位荷載作用下分配到該板的豎向荷載值，在坐標系中連接這些荷載值即得到該板的荷載橫向影響線。

3.2計算假設

以預應力空心板中板的斷面尺寸為基礎，同時設置以下條件：

（1）空心板施工工藝采用先張法，混凝土強度等級為C50；

（2）空心板采用簡支方式擱置于橫梁上，空心板之間采用鉸接形式連接；

（3）采用《港口工程荷載規范》（JTS144-1-2010）69頁表C.0.29中Tr-40集裝箱拖掛車荷載，橫向1輛布置；

在以上條件下，選取空心板長度L和高度H來進行理論探討研究。討論的情況如下：

（1）僅空心板長度變化：L∈（10m，12m...24m）。其余尺寸：B=1.0m，H=0.75m，W=12.0m（“∈”表示其前面的變量依次取其后面序列的值來進行計算，下同）；

（2）僅空心板高度變化：H∈（0.7 5m，0.80m，0.85m，0.90m，0.95m，1.00m，1.05m，1.10m，1.15m， 1.20m）。其余尺寸：B=1.0m，W=12.0m，L=16.0m；

（3）按照（1）～（2）的條件分別計算引橋橫向分布影響線及Tr-40集裝箱拖掛車在第一塊板上的分布系數。

3.3計算結果及分析

按照3.1中的情況計算，邊板橫向分布影響線（η，下同）的結果詳見圖1、圖2，橫向分布系數（p，下同）的結果詳見圖3：

根據數據結果，分析如下：

（1）板長L、板高H與η關系

板長L增大時，η的分布更加均勻；板高H增大時，η形狀變陡峭，力的分布更集中于邊板。

（2）板長L～橫向分布系數p關系

L增大時p減小，且其減小的幅度逐漸減小。L每增加1m，p減少6.05%～2.36%。L2（影響均布荷載q下的彎矩設計值：qL2/8）增加30.6%～8.9%，荷載彎矩效應值增大明顯，很快就會超過截面抗彎承載能力。

（3）板高H～p橫向分布系數關系

H增大時p增大，兩者呈線性關系，見表1。H每增大0.05m，p增大1.3%～1.2%，空心板截面積增大3.9%～3.0%，截面抗彎承載能力增大8.2%～5.0%（假設截面有效高度為H-0.141m）。

考慮到自重荷載分項系數為1.2、車輛荷載分項系數為1.4、車輛荷載沖擊系數為1.3，p的增大不會引起車輛彎矩效應的明顯增大。且當抗彎承載能力大于設計彎矩時，H的增大引起截面抗彎能力的增加值大于內力的增大值，截面抗彎能力富裕值提升明顯。

總體來說，橋長L增加時，便會有更多的結構來分擔荷載，影響線越平緩，但荷載彎矩效應顯著增大，工程中應著重控制L長度。

空心板高度增加時，板的剛度增大，影響線分布越集中（對于本文，影響線越集中于邊板），但空心板抗彎承載能力得到顯著提高。

在優化橋梁尺寸時，應先優化板長L、后優化板高H，控制空心板長度不至太長、空心板高度適中，再綜合考慮板自重及外荷載的情況，對板內力及結構進行詳細計算，綜合考慮調整各參數。

4.結語

空心板的長度L、寬度B對橋梁橫向分布影響線及分布系數均有影響，但影響的程度均不相同。具體體現在以下幾個方面：

（1）L增大時，η的分布更加均勻；H增大時，η形狀變陡峭，力的分布更集中于板的位置；

（2）L增大使荷載橫向分布更均勻，但荷載彎矩效應顯著增大，工程中應著重控制L長度。

（3）H增大能顯著提高板承擔外荷載的能力；

參考文獻：

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