單梁模型在寬箱梁計算中的缺陷

楊 淵

(貴州智恒工程勘察設計咨詢有限公司，貴州 貴陽 550000)

1 單梁模型的特點

對寬箱梁進行設計時，采用單梁模型的設計思路一般是將整個箱梁的荷載效應進行均分，直接認為箱梁的每道腹板承擔相同的荷載，忽略了荷載在箱梁橫向分配的問題。

2 梁格模型解決的問題

對于較寬的現澆箱梁，容易忽視結構橫向存在的不均勻彎曲，導致箱梁某些部位結果失真，存在承載能力不足的安全隱患。梁格模型能夠解決寬箱梁橫向彎曲不均勻的問題，并能夠反應荷載作用下引起的剪力滯效應和偏載作用下各道腹板的荷載橫向分配問題，為較準確的分析結構提供了一種有效的方法。

2.1 兩種模型的計算

現分別對梁格模型及單梁模型進行荷載效應分析，選用跨徑為45 m預應力混凝土簡支箱梁結構進行計算。結構參數選取為：箱梁高為2.5 m，箱梁全寬15.5 m，截面采用單箱三室，共計四道腹板，其中兩道邊腹板及兩道中腹板，腹板厚度均采用50 cm。荷載參數選取為：汽車荷載采用公路Ⅰ級，考慮偏載；人群荷載采用3.0 KN/m2。

(1)梁格模型計算

箱梁結構尺寸及材料類別與實際箱梁一致。其模型按照梁格法的要求對箱梁的縱、橫向進行單元劃分，其中截面橫向采用稀疏劃分，劃分截面寬度由B1、B2、B3、B4組成如圖1。

圖1 采用稀疏劃分的箱梁截面

現通過有限元計算軟件對箱梁建立梁格模型進行分析，箱梁縱、橫向剛度均按實際直接采用或換算后采用。箱梁在恒載及活荷載作用下，其彎矩效應圖2所示。

根據計算結果可以得出，在荷載橫向分配下，橫向劃分的每道腹板承受的彎矩效應是不同的。在承載能力基本組合下，箱梁最不利位置為邊腹板跨中截面處，其邊腹板最大彎矩設計值為γmmax=41 692.4 KN·m，構件承載能力設計值為R=53 941.1 KN·m，邊腹板的最小抗彎安全系數為：1.29。箱梁中腹板跨中截面最大彎矩設計值為γmmax=32 781.5 KN·m，構件承載能力設計值為R=51 273.3 KN·m。中腹板的最小抗彎安全系數為：1.56。

(2)單梁模型計算

在與梁格模型同等荷載條件下，不對箱梁截面橫向劃分，僅對箱梁的縱向進行有限元劃分單元，采用單梁模型對結構進行荷載效應分析，其彎矩效應如圖3所示。

圖3 縱梁彎矩效應圖

在承載能力基本組合下，箱梁最不利位置跨中最大彎矩設計值為γmmax=155 385.3 KN·m，構件

承載能力設計值為R=219 061.2 KN·m。結構的最小抗彎安全系數為：1.41。

2.2 不同計算模型的結果對比

根據梁格模型與單梁模型在同等荷載條件下的荷載效應得出，單梁模型的安全儲備較梁格模型邊腹板偏高，較中腹板偏低。其計算結果對比如圖4所示。

圖4 安全系數對比圖

3 結 論

在計算較寬現澆箱梁時，由于荷載在箱梁橫向分配的不均勻性，使箱梁沿橫向的彎矩效應在不同的位置會有差異。簡單按照單梁模型進行計算，會造成箱梁的邊腹板位置可能存在承載力不足，也可能在中腹板位置承載力過高，不能如實體現彎矩效應，導致結果失真。故采用梁格的方法建模比單梁模型更接近寬箱梁的實際受力情況。