连续小箱梁桥跨中荷载横向分布系数的计算分析

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1、连续小箱梁桥跨中荷载横向分布系数的计算分析摘要：对某4X30m连续小箱梁桥分别运用较接梁法、刚接梁法、空间梁格法和实体有限元法分别进行了跨中荷载横向分布系数的计算，通过对比结果验证了各种方法的有效性和误差大小，指出了连续小箱梁桥跨中荷载横向分布系数计算方法的取用原则。关键字：连续小箱梁桥横向分布系数钱接梁法实体有限元法中图分类号：TU997文献标识码：A文章编号：0引言连续小箱梁桥结构合理、施工方便、工程造价低，具有显著的经济效益；且与传统的T梁和空心板相比，具有截面抗扭刚度大的优点，在跨径20-40m的城市高架桥和公路

2、桥梁中越来越多地被采用［1］。当桥上作用荷载P时，由于结构的纵横向刚性，必然使荷载在纵向和横向同时发生传递。每片小箱梁分配到的内力大小因主梁的位置、横隔板布置及荷载作用位置的不同而不同。应用荷载横向分布系数的概念，可以简化上部结构内力的计算。1横向分布连续小箱梁桥由多片小箱梁通过桥面板和横隔梁连接在一起，荷载作用下各片小箱梁共同参与受力，形成各片小箱梁之间的内力分布。如果结构某点截面的内力影响面用双值函数ti(x,y)来表示，则该截面的内力值可表示为S=P•Tl(x,y)o横向分布的实质是将n(x,y)分离成两个单值函数

3、的乘积，即nl(x)•n2(y),我们将n2(y)称作某梁的荷载横向分布影响线［2］。目前，连续小箱梁桥跨中荷载横向分布系数的计算方法主要有钱接梁法、刚接梁法、空间梁格法和实体有限元法。本文以某4X30m连续小箱梁桥为例，对不同算法的计算结果做了比较。2计算方法2.1较接梁法对于仅在翼板间用焊接钢板或伸出交叉钢筋连接的装配式小箱梁桥，湿接缝内可能存在的内力为竖向剪力、横向弯矩、纵向剪力和法向力。然而，当桥上主要作用竖向车轮荷载时，纵向剪力和法向力同竖向剪力相比，影响极小，加之在构造上湿接缝的高度不大，刚性较小，通常可视作

4、近似钱接，则横向弯矩对对传布荷载的影响极微，也可忽略。为了简化计算，假定竖向荷载作用下湿接缝内只传递竖向剪力。在此假定下，求出各湿接缝的剪力gi然后利用荷载位移关系即可得到各梁荷载横向分布影响线的竖标，进而得到荷载横向分布系数，这就是较接梁法的基本原理［3］。2.2刚接梁法对于翼缘板刚性连接的装配式桥梁，只要在钱接梁法计算理论的基础上，在接缝处补充引入赘余弯矩，就可建立计及横向刚性连接特点的赘余力正则方程。用这一方法来求解各梁的荷载横向分布的问题，就称为刚接梁法［2］。李国豪和石洞［4］详细阐述了钱接梁法和刚接梁法的计算

5、理论并编制了相应算法的计算程序。2.3空间梁格法空间梁格法，就是用等效的梁格代替桥梁上部结构，将分布在板式每一区段内的弯曲刚度和抗扭刚度集中于最邻近的等效梁格内，实际结构的纵向刚度集中于纵向梁格构件内，横向刚度集中于横向梁格构件内［5］。空间梁格法可方便得到横截面上各点的应力值，根据各点应力值之比即可得到荷载横向分布影响线，然后按最不利位置布载就可求得各片梁的荷载横向分布系数。2.4实体有限元法连续小箱梁桥的多片小箱梁依靠横隔梁和湿接缝连结成为空间整体结构，桥梁的受力特性应按空间结构的力学分析方法进行。实体有限元法是指通

6、过建立板或实体有限元模型分析空间结构受力的一种方法。实体有限元模型得到的结果可认为是结构真实的受力特性。3工程实例3.1计算模型某4X30m先简支后连续的小箱梁桥，上部结构横断面如图1所示，桥面宽度为12m=0.5m（防护栏）+11m（行车道）+0.5m（防护栏）。为了保证上部结构的整体性,分别在支点处和1/4,1/2,3/4跨处设置横隔板，横隔板厚0.2mo箱梁梁高1.6m,顶底板以及腹板厚度均为0.18m,箱梁横断面细部尺寸见图2。图1横断面标准示意图（单位：m）a）l、4号边梁b）2、3号中梁图2箱梁横断面尺寸图（

7、单位：m）根据箱梁结构尺寸，利用MIDAS/Civil的SPC截面特性计算器计算各片小箱梁的截面特性。连续梁桥应采用“等代简支板”法换算边梁和中梁的跨中截面的抗弯刚度[6],由于此桥横截面大部分是等截面，只有端部锚固位置是变截面，其变化很小，故可以认为是等截面，抗扭刚度则无须换算。换算后的各片主梁特性值见表lo表1主梁截面特性表为了比对分析，这里分别采用梁单元、板单元建立空间梁格模型和实体有限元模型，其中空间梁格模型共计530个节点、915个单元，实体有限元模型共计342个节点、352个单元。边界条件按照设计图纸设置，直

8、接约束支座所在位置截面底板所有节点模拟板式橡胶支座［7］。较接梁法和刚接梁法采用桥梁博士软件提供的横向分布计算模块计算各片主梁的跨中荷载横向分布系数。空间梁格法和实体有限元法横向分布系数的计算采用如下方案：沿桥面各主梁中心线依次作用100kN的集中力，求出每一工况下各片主梁的弯曲正应力（底板下缘正应力），由各片主梁弯