剛接空心板梁橋橫向分布系數研究

江燕斌

（上海市寶山區市政工程管理中心，上海市201900）

剛接空心板梁橋橫向分布系數研究

江燕斌

（上海市寶山區市政工程管理中心，上海市201900）

對剛接空心板梁橋橫向分布系數計算方法及影響因素進行了對比分析。計算結果表明，對比梁格法，剛接板梁法計算結果偏不安全，設置中橫梁及考慮鋪裝層對橫向分布系數有一定影響，使橋梁橫向受力更均勻。

剛接空心板；剛接板梁法；梁格法；橫向分布系數

0 引言

在上海地區中小跨橋梁一般優先推薦采用空心板梁橋，但之前采用的鉸接空心板梁，鉸縫成為全橋薄弱環節，在繁重交通作用下，鉸縫失效導致單梁受力的弱點一直無法解決。為避免該缺陷導致的交通中斷及后期養護維修成本，擬采用了一種新型預制裝配式板梁結構，即剛接板梁[1]，板與板之間取消鉸縫而采用后澆濕接頭剛性連接。

板梁剛接后，受力介于整體板及小箱梁之間。剛接板梁縱橫向傳力構件的相對剛度與整體板及小箱梁均不同，導致其橫向分布系數有其自身特點。板梁橫向分布系數計算方法有多種，本文擬采用近年普遍采用的梁格法及剛接板梁法進行分析與研究。

1 橫向分布系數計算方法研究

1.1 概述

本次計算橫向分布系數采用以下方法：采用Midas建立梁格計算各片梁活載最大縱向彎矩，計算單梁單個車道作用時跨中最大彎矩，兩者的比值作為各片梁的橫向分布系數。該橫向分布系數計算方法未考慮區分跨中和支點處橫向分布系數的不同，導致其與跨中橫向分布系數相比時偏大，但考慮對跨中彎矩來說，起主要作用的還是L/4～3L/4處荷載，故忽略由此處理導致的誤差。

梁格建模時，虛擬橫向構件高度應按板梁橫斷面高度變化分段設置，但一般簡化統一取濕接縫厚度。本次梁格建模時分別采用簡化和精確模擬虛擬橫向構件高度兩種方法，對這兩種計算結果進行對比，以判斷簡化處理導致的誤差范圍。本文還對梁格法與剛接板梁法計算的橫向分布系數進行了對比，以判斷剛接板梁法的適用性。

板梁斜交時，梁格建模分正交梁格和斜交梁格兩種。一般板梁適用斜交角度小于30°，本文對斜交30°板梁橋分布采用正交梁格和斜交梁格建模，對橫向分布系數進行了對比，以探討斜交梁格的適用范圍。本文還順帶從梁格中提取了活載最大正負彎矩并進行了分析，以供參考。

本文采用計算模型采用剛接空心板通用圖中的22m跨徑剛接板梁，梁高0.95m,設計荷載為城－A級，端橫梁寬度0.35m。橋寬分24.0m和12.0m兩種,橫截面形式見圖1、圖2。

1.2 正交板梁橫向分布系數計算方法研究

對24.0m寬斷面建模計算，橋梁正交，3種橫向分布系數計算方法計算結果見表1。

對12.0m寬斷面建模計算，橋梁正交，3種橫向分布系數計算方法計算結果見表2。

由表1分析，剛接板梁法誤差在-8.8%～-17.3%，且偏不安全。梁格法（簡化）誤差在7.1%～16.1%，偏安全。

由表2分析，剛接板梁法誤差在1.3%～-14.8%，且偏不安全。梁格法（簡化）誤差在4.7%～6.7%，偏安全。

由表1、表2誤差變化趨勢可知，剛接板梁法計算剛接空心板橫向分布系數偏不安全，但隨著橋寬減少，誤差有減小趨勢。梁格法（簡化）計算剛接空心板橫向分布系數偏安全，隨著橋寬減少誤差有減小趨勢。

圖1 24.0m寬橋梁橫斷面

圖2 12.0m寬橋梁橫斷面（單位：mm）

表1 24.0m寬斷面橫向分布系數對比

表2 12.0m寬斷面橫向分布系數對比

剛接板梁法計算誤差產生的原因在于其無法考慮單塊板梁非懸臂部分（即底板寬度范圍內，如圖1中1.1m底板范圍）的橫向變形，該算法默認該部分區域梁不產生橫向撓度，僅可考慮懸臂部分橫向撓度。對于常規T梁、小箱梁，高跨比相對較大，底板范圍梁自身橫向撓度相對懸臂部分較小，故該因素導致誤差較小。板梁鉸接時該因素亦影響不大，而板梁剛接后由以上計算結果可知，該因素已無法忽略。

為進一步驗證以上判斷，本文取跨徑20m,梁高和寬分別為0.90m、10m的整體實心板利用橋梁博士的橫向分布計算工具進行剛接板梁法分析。當實體板分別按1m、0.5m分割成10片和20片梁進行剛接板梁法分析時，在整體板邊緣作用單位力，10片板梁的第1塊板橫向分布系數為0.155，20片板梁的第1、2塊板橫向分布系數分別為0.103、0.098，兩種分割方法導致受力差別達（0.103+0.098）/0.155=1.30，其原因即為板與板間的變形差剛接板梁法可以考慮，但單塊板梁自身橫向變形被忽略。

1.3 斜交板梁橫向分布系數計算方法研究

對24.0m寬斷面建模計算，橋梁斜交30°，正交梁格和斜交梁格橫向分布系數計算方法計算結果見表3。

由表3可知，對剛接空心板梁，在斜交角度30°時，正交梁格和斜交梁格仍差別不大，可根據方便程度選用任一種。

在正交梁格模型中，活載產生的最大正彎矩為691kN·m,負彎矩為-454kN·m。對整體斜交板，影響板梁受力的因素[2]有：斜交角、寬跨比、支承形式。寬跨比越大，斜板相對寬度越大，斜橋特點越明顯。相對鉸接空心板，剛接空心板梁斜橋特點應更明顯。因此，剛接空心板梁斜橋鈍角負彎矩加強鋼筋不能簡單借用鉸接板梁的習慣做法，需研究后進一步加強該部分鋼筋。

表3 24.0m寬斷面（斜交30°）橫向分布系數對比

2 橫向分布系數影響因素

2.1 影響因素概述

影響剛接板梁橫向分布系數的因素有：中橫梁、橋面鋪裝、板梁片數、跨徑。一般跨徑越小，橫向分布系數越大；板梁片數越多，橫向分布系數越小。鑒于板梁片數和跨徑由使用功能確定，本文只研究中橫梁和橋面鋪裝的影響。三個一組的對比模型中，模型一采用圖1或圖2斷面，跨徑22m，正交，采用0.95m高、0.35m厚端橫梁（與標準圖一致）。模型二在模型一基礎上跨中增設0.95m高、0.35m厚中橫梁一道。模型三在模型一基礎上考慮8cm混凝土鋪裝參與作用。

通過上述關于計算方法的討論，本次研究中橫梁和橋面鋪裝的影響時采用梁格法（精確模擬橫向剛度），并只對正交橋梁進行討論，斜交橋梁可參考正交橋梁結論。

2.2 板梁橫向分布系數影響因素研究

對24.0m寬斷面三種模型橫向分布系數計算方法計算結果見表4。

對12.0m寬斷面三種模型橫向分布系數計算方法計算結果見表5。

由表4分析，跨中增設中橫梁，除邊梁略有增加外，其他板梁橫向分布系數減少3.2%～9.4%；考慮8cm混凝土鋪裝，所有板梁橫向分布系數減少0～9.4%。

由表5分析，跨中增設中橫梁，除邊梁略有增加外，其他板梁橫向分布系數減少0～5.3%；考慮8cm混凝土鋪裝，所有板梁橫向分布系數減少0～2.6%。

由表4、表5誤差變化趨勢可知，隨著橋寬減少，增設中橫梁和考慮混凝土鋪裝的影響均有減小趨勢。

表4 24.0m寬斷面橫向分布系數影響因素分析

表5 12.0m寬斷面橫向分布系數影響因素分析

3 結 論

（1）橋梁寬時，剛接板梁法計算偏不安全。

（2）中橫梁對橫向分布系數有影響，但影響程度與橋梁寬度有關。

（3）增設中橫梁和考慮橋面鋪裝影響對荷載橫向分布有一定作用，能使橋梁橫向受力更均勻，且影響隨橋梁變窄而減小。

[1]朱立鋒，李艷，盧永成，等.新型預應力剛接板梁足尺試驗研究[J].中國市政工程，2015（3）：94-97.

[2]范立礎.橋梁工程(上冊)[M].北京：人民交通出版社，2003.

[3]E.C.漢勃利.橋梁上部構造性能[M].郭文輝，譯 .北京：人民交通出版社，1982.

U441

：A

：1009-7716（2017）02-0146-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.02.045

2016-11-30

江燕斌（1972-），男，工程師，從事橋梁管理養護工作。