五等跨六片连续小箱梁荷载横向分布系数研究

孙松 苗战涛 徐瑞霞

摘要：对于五等跨六片连续小箱梁的横向分布系数采用刚接梁法与梁格法来分别计算，与实测值进行对比分析可以得出：运用梁格法来计算横向多片梁的荷载横向分布系数是与实测值较接近，而运用刚接梁法在计算横向多片小箱梁的荷载横向分布系数时存在个别片梁与实际相差较大，这一点要在设计与检测时引起足够的重视。

关键词：荷载横向分布系数；刚接梁法；梁格法

引言

随着科学技术进步以及国家经济建设的发展，为修建宽跨比较大的桥梁提供了良好的支撑条件，随着修建的桥梁宽跨比的进一步增大，也就增加了桥梁横向的整体稳定性控制比较困难，同时对于计算荷载横向分布系数也增加了难度。所以对五等跨六片连续小箱梁荷载横向分布系数研究也具有极其重要的意义。

1、荷载横向分布

由于结构的空间性整体性能，当桥上作用荷载P时，各片主梁将共同参与工作，形成了各片主梁间的内力分布。每片主梁分布到内力的大小，随着桥梁横截面构造形式、荷载的类型以及荷载在横向作用位置的不同而不同。梁桥的这种受力特性实际上已经属于空间结构力学范畴。所谓的横向分布系数是指当把荷载按横向最不利位置布置在荷载横向影响线上，求得各片主梁分配到的横向荷载的最大值为m。，此m。表示主梁在横向分配到的最大荷載比例，即称为荷载横向分布系数。

2、刚接梁法计算原理

刚接梁法也称为梁系法，指把桥跨结构在纵向沿主梁连接处切开，分割成一片主梁，切口处以赘余力取代，把整个结构看作为用这些赘余力连续起来的超静定结构，然后利用结构力学中分析超静定结构的力法来求解荷载横向分布。

对于相邻二片主梁的接合处可以承受弯矩的，或虽然桥面系没有进过构造处理，但设有多片横梁的，或桥面浇筑成一块整体板的桥跨结构，都可以看作是刚接梁系，这就可以运用刚接梁法来计算它们的荷载横向分布系数。

1）计算假定

（1）梁的荷载横向分布影响线，可以通过取一弹性支承在主梁上的连续横梁，其上作用着单位荷载 来计算。这时，各弹性支承的柔度即为相应主梁该计算截面处的柔度值。

（2）对于横向刚性连接的各主梁，在各主梁间将其切开，仅考虑有竖向剪力和绕梁轴的力矩赘余力，而纵向水平剪力和法向水平力因其很小，略去不计。

（3）对于单片梁的扭转，只计入纯扭转作用，忽略翘曲扭转作用。

3、空间梁格法计算原理

梁格法的主要思路是将上部结构用一个等效的梁格来模拟。将分散在箱梁每一段内的弯曲刚度和抗扭刚度集中于最领进的等效梁格内，实际结构的纵向刚度集中于纵向梁格构件内，而横梁刚度则集中于横向梁格构件内。梁格必须满足以下等效原则：当实际结构和对应的等效梁格承受相同荷载时，两者的挠曲应该是恒等的，而且在任一梁格内的弯矩、剪力和扭矩应等于该梁格所代表的实际结构部分的内力。

1）纵向梁格构件截面特性

每一梁格构件截面抗弯刚度 按截面形心计算： （截面所代表面积对y轴的惯性矩），在实际结构中，边梁与中梁的抗弯刚度不一样，则会造成边梁梁格构件截面形心和内梁梁格构件截面形心不处在同一水平线上，一般不考虑这种差距对计算的影响，但是如果必须考虑时，可用偏心刚臂来模拟它们之间的差异。

每一梁格构件截面抗剪刚度 （梁格代表的纵梁肋板面积）。每一梁格构件截面抗扭刚度 （纵梁抗扭惯性矩+板抗扭惯性矩）。

2）横向梁格构件截面特性

若梁格无横隔板，横向梁格用板表示：横梁梁格构件截面抗弯刚度 ，抗剪刚度 。若梁格有横隔板，且间距不大时：横梁梁格构件截面抗弯刚度 （T形截面对x轴的惯性矩），抗剪刚度 （横隔板抗扭惯性矩+ ）。

4、实例验证

结构型式为一联5孔预应力混凝土连续箱梁，交角90°。桥面宽度：0.5 m（护栏）+16m+0.5m（护栏）=17m。横向有6片小箱梁组成，梁高1600mm，梁间距为2740mm，顶板厚180mm，腹板厚180mm，材料采用C50混凝土，弹性模量E=3.45 MPa。桥面采用70mm厚40号水泥混凝土调平层+90mm厚沥青混凝土铺装层。

在边跨最大正弯矩处、次边跨跨中位置处，每片小箱梁梁底布置一个位移计，按照《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）中的规定，静力试验荷载的效率系数取值范围控制在0.96～1.00之间。完全符合规范要求。

计算荷载横向分布系数工况分为：边跨偏载、边跨中载、次边跨偏载、次边跨中载。

5、结论

1）边跨偏载时，运用刚接横梁法计算得到1～5#梁的荷载横向分布系数与实测值误差控制在10%以内，而6#梁的误差达到了30%以上。运用梁格法计算得到1～6#梁的荷载横向分布系数与实测值误差控制在5%以内。这说明梁格法边跨偏载时的计算出来荷载横向分布比较接近实测值。

2）边跨中载时，运用刚接横梁法计算得到1、6#梁的荷载横向分布系数与实测值误差控制在25%以上。运用梁格法计算得到1～6#梁的荷载横向分布系数与实测值误差控制在5%以内。这说明梁格法边跨中载时的计算出来荷载横向分布比较接近实测值。

3）次边跨偏载时，运用刚接横梁法计算得到1～5#梁的荷载横向分布系数与实测值误差控制在10%以内，而6#梁的误差达到了20%以上。运用梁格法计算得到1～6#梁的荷载横向分布系数与实测值误差控制在6%以内。这说明梁格法次边跨偏载时的计算出来荷载横向分布比较接近实测值。

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