小議簡支梁橋主梁及橫隔梁內力計算分析

李東明

摘 要：結合橋梁設計工作實踐經驗論述了簡支梁橋主梁及橫隔梁內力計算，設計一座橋梁首先要重視總體方案、橋型及布置得合理性。上部結構的跨徑及構造形式等技術指標被確定后，就要進行各部件的詳細計算。從簡支梁橋的受力情況和材料的用量來看，主梁是最主要的跨越構件，橫梁只是起分布荷載的作用，大部分都在主梁的設計上而對于橫梁，只是在給定的尺寸下，進行配筋和應力驗算其目的在于為今后類似工程提供設計、施工、監理等參考資料。

關鍵詞：橋梁工程 簡支梁 橫隔梁 設計 內力 計算 分析

中圖分類號：U448.21 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（b）-0-01

主梁的設計內力包括恒載內力、活載內力和其他作用引起的內力。橋梁設計內力中恒載的計算比較簡單，通常可以近似地將橋面鋪裝、人行道、欄桿等重量分攤給各片主梁來承擔，按平面問題計算各片主梁的內力。梁橋由承重結構主梁及傳力結構橫隔梁、橋面板等兩大部分組成，多片主梁依靠橫隔梁和橋面板聯成空間整體結構，當橋上作用荷載時，各片主梁將共同參與工作，考慮到活載的作用具有空間性，它們的受力特征屬于空間結構的范疇，求解結構的內力是屬于空間計算理論問題。應該空間計算理論并借助相關的橋梁結構分析軟件，由計算機分析計算可得到結構上任一點的內力或撓度。由于空間結構分析計算量相對于平面結構要大得多，為了簡化計算，也便于手算，通常采用下述實用空間計算方法，將復雜的空間問題合理轉化成簡單的平面問題來求解主梁的內力或撓度。

1 主梁內力的計算分析

對于跨徑在10 m以內的簡支梁，通常只需要計算跨中截面的最大彎矩、剪力和支點截面的剪力；跨中與支點之間各截面的剪力可以近似地按直線規律變化，彎矩可假設按二次拋物線規律變化。對于較大跨徑的簡支梁，一般還應計算1/4跨徑截面的彎矩和剪力。如果主梁沿橋的軸線方向截面有變化，如梁肋寬度或梁的高度變化，則還應計算變化處截面的內力。在計算截面內力后，就可按鋼筋混凝土和預應力混凝土的計算原則，進行主梁各截面的配筋設計和驗算。

（1）恒載內力計算：為了按各種極限狀態來設計鋼筋混凝土及預應力混凝土梁，就需要確定主梁沿橋跨方向各個截面的計算內力，就是將各類荷載引起的最不利內力乘以相應的荷載安全系數后，按規定的荷載組合而得到的內力值。鋼筋混凝土和預應力混凝土橋梁的恒載，一般情況占60%～70%，梁的跨徑愈大，恒載所占的比重也愈大。在計算恒載內力時，往往將橫梁、鋪裝層、人行道和欄桿等重力均勻攤給各主梁承受。因此，對于等截面梁橋的主梁，其恒載可按簡單的均布荷載進行計算。為了更精確起見，也可根據施工安裝的情況，分階段、按荷載橫向分布的規律進行分配計算。

（2）活載內力計算：公路橋梁的活載計算，主要包括汽車荷載、人群荷載等幾部分，活載內力計算采用直接布載的方法計算。當橋梁為多跨連續結構時，整個結構應按其最大計算跨徑的縱向折減系數進行折減。

（3）主梁內力組合：結構在恒載作用下，其反力和內力是不變的，但在活載的作用下，結構的反力和內力都將隨著荷載位置的移動而變化。為了求得結構的反力及內力的最大值，就必須研究活載移動時反力和內力的變化規律，這必然就應引入影響線的概念。在結構設計中，按所需驗算的截面，依據內力包絡圖得到該截面相應的量值，根據橋梁現行規定進行相應的驗算。對于小跨徑的簡單結構，所需要計算的截面較少，也不必要繪制內力包絡圖，直接利用荷載組合值進行結構驗算。

2 橫隔梁內力計算分析

在設有橫隔梁的鋼筋混凝土及預應力混凝土梁橋中，為了保證各主梁共同麥力和加強結構的整體性，橫隔梁本身或其裝配接頭必須具有足夠的可靠性。特別是在橋梁擴寬和車輛荷載的時候，橫隔梁的正確受力分析和設計計算在橋梁設計中十分重要。縱橫向的主梁和橫隔梁共同組成橋梁空間梁格結構，要想精確地分析橫隔梁的受力，是十分復雜且困難的事情。在實際工程設計中，可結合主梁橫向分布計算的原理，采用簡化的實用近似計算方法，如偏心壓力法、比擬正交異性板法等。橫隔梁和主梁實際上是不可分割的整體，橫隔梁所承受的荷載大小與主梁的荷載橫向分布有直接的關系。所以，嚴格來講，橫隔梁的內力計算方法應與相應的主梁計算方法一致。由于偏心壓力法計算比較簡單，精度也能滿足要求，得到廣泛的應用。

（1）偏心壓力法計算橫隔梁內力：當橋梁的寬跨比小于或接近0.5時，橫隔梁的變形相對于縱向主梁變形是微不足道的，這種情況下橫隔梁的剛度較大而主梁的剛度較弱，因此，橋梁中的橫隔梁便可近似地視作為用偏心壓力法計算橫隔梁內力，其力學模型是將中橫隔梁近似地視作豎向支撐在多根彈性主梁上的多跨彈性支撐連續梁，鑒于各主梁的荷載橫向影響線，也即為彈性支撐力影響線在主梁計算中已經求得，所以連續梁可以簡單地用靜力平衡條件來進行求解。對于具有很多根內橫梁的橋梁，由于位于跨中的橫梁受力最大，通常只要計算跨中橫隔梁的內力，其他橫隔梁可以偏安全地依此進行設計。繪制內力影響線時只需要標出幾個控制點的豎坐標值。對于非直接作用于橫隔梁上的荷載，在計算內力時實際上應考慮間接傳力的影響。梁之間區段應取虛線之值。但鑒于計算中主要荷載作用于橫隔梁上，為了簡化計算，仍可偏安全地忽略間接傳力的影響。作用在橫梁上的計算荷載汽車荷載的作用下，橫隔梁的計算采用車輛荷載加載。

（2）橫隔梁的內力計算：將計算荷載在橫隔梁某截面的內力影響線上按最不利位置加載，就可求得橫隔梁在該截面上的最大（最小）內力值。在計算中對于汽車荷載應計入沖擊作用，并按實際情況計入車道折減系數。由于橫隔梁的恒載內力相對比較小，在設計中一般略去不計。在求得橫隔梁的內力后，就可按鋼筋混凝土或預應力混凝土結構的計算原理來配置配筋，并進行承載能力計算和其他驗算。對于橫隔梁用焊接鋼板接頭連接的裝配式T形梁橋，應根據接頭處的最大彎矩值來確定所需鋼板尺寸及焊縫

長度。

3 結語

通常在施工前設計時，總是先根據使用要求、跨徑大小、橋面凈寬、荷載等級、施工條件等基本資料，運用對結構物的構造知識并參考已有橋梁的設計經驗來擬定結構物各部件的截面形式和細部尺寸，估算結構的自重，然后根據作用在結構上的荷載，用熟知的數學、力學方法計算出結構各部分可能產生最不利的內力，再由已求得的內力進行強度、剛度和穩定性的驗算，以此來判斷原先擬定的細部尺寸是否符合要求，直至符合標準為止。

參考文獻

[1] 潘玲萍.公路鋼筋混凝土簡支梁橋計算探討[J].科技創新與應用，2012（2）：132-133.