鉸接板法中引橋空心板長度、高度對(duì)橫向分布系數(shù)影響的理論探討研究

魏志民

摘 要：引橋空心板的各結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)荷載橫向分布的影響不同，實(shí)際設(shè)計(jì)中對(duì)這些因素的影響缺乏系統(tǒng)的研究。筆者通過選取不同結(jié)構(gòu)尺寸（空心板長度、高度）條件，來對(duì)鉸接板法引橋橫向影響線及分配系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，再進(jìn)行對(duì)比分析，期望對(duì)今后工程設(shè)計(jì)提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：空心板 鉸接板法 影響線 橫向分布系數(shù) Python 尺寸

1.前言

在碼頭引橋上部結(jié)構(gòu)中，普遍采用空心板結(jié)構(gòu)。對(duì)于空心板結(jié)構(gòu)尺寸，交通部空心板標(biāo)準(zhǔn)圖直接為設(shè)計(jì)人員提供了若干尺寸進(jìn)行參考。而在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，改變空心板結(jié)構(gòu)尺寸后，如果按照常用的方法（手動(dòng)計(jì)算截面特性→查表或輸入橋梁設(shè)計(jì)軟件）則較為繁瑣。為此，筆者通過使用Python語言編寫空心板鉸接板法橫向分配影響線及影響系數(shù)計(jì)算程序，并選取空心板長度、高度為變量來進(jìn)行研究，以期對(duì)今后的類似設(shè)計(jì)提供參考，提高結(jié)構(gòu)選型的經(jīng)濟(jì)性。

2.項(xiàng)目概況

某碼頭引橋?qū)挾葹?m（橫向布置9塊空心板，預(yù)應(yīng)力空心板長度16m，寬度1m，高度0.75m），標(biāo)準(zhǔn)跨排架間距為16m，引橋上部結(jié)構(gòu)由鋼筋砼橫梁、預(yù)應(yīng)力砼空心板、喇叭口現(xiàn)澆鋼筋砼異形面板及現(xiàn)澆鋼筋砼面層組成。

3.橫向分布影響線及影響系數(shù)計(jì)算

3.1鉸接板法計(jì)算原理

對(duì)于用現(xiàn)澆混凝土縱向企口縫連結(jié)的裝配式板橋以及僅在翼板間用焊接鋼板或伸出交叉鋼筋連結(jié)的無中間橫隔梁的裝配式橋，由于塊件間橫向具有一定的連結(jié)構(gòu)造，但其連結(jié)剛性又很薄弱，這類結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)實(shí)際接近于數(shù)根并列而相互間橫向鉸接的狹長板（梁），在豎向荷載作用下假定結(jié)合縫內(nèi)只傳遞豎向剪力。

對(duì)于橫向由n塊板組成的橋梁斷面，共有（n-1）個(gè)未知鉸接力，將每一鉸縫切開形成基本體系，利用兩相鄰板塊在鉸接縫處的豎向相對(duì)位移為零的變形協(xié)調(diào)條件，就可解出全部鉸接力峰值。每塊板兩側(cè)的鉸接力之差也就是單位荷載作用下分配到該板的豎向荷載值，在坐標(biāo)系中連接這些荷載值即得到該板的荷載橫向影響線。

3.2計(jì)算假設(shè)

以預(yù)應(yīng)力空心板中板的斷面尺寸為基礎(chǔ)，同時(shí)設(shè)置以下條件：

（1）空心板施工工藝采用先張法，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50；

（2）空心板采用簡支方式擱置于橫梁上，空心板之間采用鉸接形式連接；

（3）采用《港口工程荷載規(guī)范》（JTS144-1-2010）69頁表C.0.29中Tr-40集裝箱拖掛車荷載，橫向1輛布置；

在以上條件下，選取空心板長度L和高度H來進(jìn)行理論探討研究。討論的情況如下：

（1）僅空心板長度變化：L∈（10m，12m...24m）。其余尺寸：B=1.0m，H=0.75m，W=12.0m（“∈”表示其前面的變量依次取其后面序列的值來進(jìn)行計(jì)算，下同）；

（2）僅空心板高度變化：H∈（0.7 5m，0.80m，0.85m，0.90m，0.95m，1.00m，1.05m，1.10m，1.15m， 1.20m）。其余尺寸：B=1.0m，W=12.0m，L=16.0m；

（3）按照（1）～（2）的條件分別計(jì)算引橋橫向分布影響線及Tr-40集裝箱拖掛車在第一塊板上的分布系數(shù)。

3.3計(jì)算結(jié)果及分析

按照3.1中的情況計(jì)算，邊板橫向分布影響線（η，下同）的結(jié)果詳見圖1、圖2，橫向分布系數(shù)（p，下同）的結(jié)果詳見圖3：

根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果，分析如下：

（1）板長L、板高H與η關(guān)系

板長L增大時(shí)，η的分布更加均勻；板高H增大時(shí)，η形狀變陡峭，力的分布更集中于邊板。

（2）板長L～橫向分布系數(shù)p關(guān)系

L增大時(shí)p減小，且其減小的幅度逐漸減小。L每增加1m，p減少6.05%～2.36%。L2（影響均布荷載q下的彎矩設(shè)計(jì)值：qL2/8）增加30.6%～8.9%，荷載彎矩效應(yīng)值增大明顯，很快就會(huì)超過截面抗彎承載能力。

（3）板高H～p橫向分布系數(shù)關(guān)系

H增大時(shí)p增大，兩者呈線性關(guān)系，見表1。H每增大0.05m，p增大1.3%～1.2%，空心板截面積增大3.9%～3.0%，截面抗彎承載能力增大8.2%～5.0%（假設(shè)截面有效高度為H-0.141m）。

考慮到自重荷載分項(xiàng)系數(shù)為1.2、車輛荷載分項(xiàng)系數(shù)為1.4、車輛荷載沖擊系數(shù)為1.3，p的增大不會(huì)引起車輛彎矩效應(yīng)的明顯增大。且當(dāng)抗彎承載能力大于設(shè)計(jì)彎矩時(shí)，H的增大引起截面抗彎能力的增加值大于內(nèi)力的增大值，截面抗彎能力富裕值提升明顯。

總體來說，橋長L增加時(shí)，便會(huì)有更多的結(jié)構(gòu)來分擔(dān)荷載，影響線越平緩，但荷載彎矩效應(yīng)顯著增大，工程中應(yīng)著重控制L長度。

空心板高度增加時(shí)，板的剛度增大，影響線分布越集中（對(duì)于本文，影響線越集中于邊板），但空心板抗彎承載能力得到顯著提高。

在優(yōu)化橋梁尺寸時(shí)，應(yīng)先優(yōu)化板長L、后優(yōu)化板高H，控制空心板長度不至太長、空心板高度適中，再綜合考慮板自重及外荷載的情況，對(duì)板內(nèi)力及結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，綜合考慮調(diào)整各參數(shù)。

4.結(jié)語

空心板的長度L、寬度B對(duì)橋梁橫向分布影響線及分布系數(shù)均有影響，但影響的程度均不相同。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）L增大時(shí)，η的分布更加均勻；H增大時(shí)，η形狀變陡峭，力的分布更集中于板的位置；

（2）L增大使荷載橫向分布更均勻，但荷載彎矩效應(yīng)顯著增大，工程中應(yīng)著重控制L長度。

（3）H增大能顯著提高板承擔(dān)外荷載的能力；

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