斜交板梁橋的橫向受力理論計算與試驗(yàn)分析

馬占海

（河北承德承秦高速公路管理處 承德 067000）

目前，正交簡支梁橋的橫向分布系數(shù)的簡化計算方法有：杠桿原理法、偏心壓力法、鉸接板（梁）法、剛接法、比擬正交異性板法［1－2］等。對于一座由多片梁組成的梁橋，當(dāng)橋上有荷載P作用時，由于結(jié)構(gòu)的橫向聯(lián)系使荷載P在縱向（x）和橫向（y）內(nèi)同時發(fā)生傳遞，并使所有主梁都不同程度參與受力，隨著荷載位置的變化，主梁所承擔(dān)的荷載也隨之變化。為分析方便，通常將空間問題簡化為平面問題，即

S ＝Pη（x，y）≈Pη1（x）η2（y） （1）

式中：η（x，y）為空間計算某梁的內(nèi)力影響面；η1（x）為單梁在x軸方向某一界面的內(nèi)力影響線；η2（y）為某梁的荷載橫向分布影響線。

但是斜交簡支梁橋荷載效應(yīng)橫向分布的計算方法在使用上還不是很方便［3－5］，因此有必要建立空間計算模型對斜交簡支梁橋各片梁的受力性能進(jìn)行討論。本文以某實(shí)際簡支空心梁橋?yàn)槔謩e利用空間有限元和現(xiàn)場荷載試驗(yàn)，探討了斜交板梁橋的空間受力性能和荷載效應(yīng)在橫橋向的分布規(guī)律。

1 斜板橋空間受力性能

理論和實(shí)驗(yàn)證明，簡支斜板橋在垂直荷載下有向兩支承邊最短距離方向傳遞的趨勢。本文就不同傾斜程度的斜板橋，建立了空間有限元模型，討論了垂直荷載下，荷載效應(yīng)的傳遞規(guī)律。模型中每片梁寬為1.2m，共9片梁，跨徑為20m，傾角分別為0°，30°，45°，60°，1號梁跨中截面在單位荷載作用下的彎矩場，見圖1a），c），e），g）相應(yīng)的各片梁最大彎矩的位置圖，見圖1b），d），f），h）。

圖1 1號梁跨中截面等值線圖例

由圖1可見，傾角分別為0°，30°，45°，60°的簡支梁橋，當(dāng)單位荷載作用在1號梁跨中截面時，荷載的橫向傳遞趨勢隨斜交角度的變化而變化；各片梁的跨中位置連線與其所受的最大彎矩位置連線的分離程度隨斜交角度的增大而增大。

2 實(shí)橋驗(yàn)證

某斜交簡支板梁橋的計算跨徑為19.6m，橋?qū)?2.5m。上部結(jié)構(gòu)采用先張預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，每孔由9片梁組成，梁寬為1.2m，梁高0.9m。設(shè)計荷載為汽－超20級，掛－120；橫斷面布置為0.5m（防撞護(hù)欄）＋11.5m（行車道）＋0.5m（防撞護(hù)欄），見圖2。橋面鋪裝為10cm厚防水混凝土＋8cm瀝青混凝土，混凝土強(qiáng)度為C50，斜交角度為60°。

圖2 橫截面圖（單位：cm）

2.1 試驗(yàn)荷載及控制截面

為討論荷載效應(yīng)的分布，選用1輛350kN重車作為試驗(yàn)荷載，加載車尺寸及軸重見圖3。常規(guī)荷載試驗(yàn)一般是把B截面作為控制截面。本文依據(jù)上述分析提出將b截面作為控制截面。控制截面及加載車位置見圖4。

圖3 加載車重量及尺寸（單位：cm）

圖4 控制截面及加載位置（單位：cm）

2.2 撓度測點(diǎn)

沿第1跨跨端A，C截面、跨中B截面以及從3號梁開始偏離B截面46°的b截面，布置撓度測點(diǎn)。測量時采用電阻式位移計進(jìn)行測試，具體撓度測點(diǎn)布置見圖5。

圖5 撓度測點(diǎn)布置圖（單位：cm）

2.3 測試結(jié)果分析

試驗(yàn)所得到的各梁撓度見表1，將撓度定義為向下為負(fù)，所得結(jié)果見圖6。

表1 試驗(yàn)荷載下各梁撓度橫向分布檢測結(jié)果 mm

圖6 試驗(yàn)荷載下各梁撓度橫向分布結(jié)果對比圖

由表1和圖6可見，在試驗(yàn)荷載作用下，橫向傳遞受斜交角的影響很大，不容忽略。距離荷載作用位置越遠(yuǎn)的主梁，其最大撓度出現(xiàn)的位置距離跨中也越遠(yuǎn)。

3 結(jié)論

（1）裝配式簡支斜交空心板梁橋在垂直荷載下有向兩支承邊最短距離方向傳遞的趨勢。

（2）在對斜橋進(jìn)行設(shè)計或檢測評定過程中，應(yīng)通過空間有限元分析模型分析傾角對荷載橫向傳遞的影響，以減小利用簡化的橫向分布系數(shù)方法所帶來的偏差。

［1］ 姚玲森.橋梁工程［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］ 謝開仲，曾倬信，王曉燕.橋梁工程檢測技術(shù)研究［J］.廣西大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2003，28（S1）：208－211.

［3］ 余錢華，于 強(qiáng).斜交空心板橋橫向分布系數(shù)計算方法研究［J］.公路與汽運(yùn)，2013（3）：171－173.

［4］ 穆永江.簡支空心板橋的荷載橫向分布特性研究［D］.長春：吉林大學(xué)，2012.

［5］ 鄭熙龍，李靜輝，孫全勝.基于空心板橋的橫向分布系數(shù)研究［J］.低溫建筑技術(shù)，2013（10）：67－69.