現澆箱梁偏載系數研究

(揚州大學 江蘇 揚州 225000)

一、偏載系數計算常用方法

偏載系數在我國的規范設計中并沒有詳細規定，而且目前關于偏載系數的計算還沒有非常好的理論公式。目前國內對直線箱型截面的橋梁計算偏載系數的方法，主要采用經驗系數法、偏心壓力法、修正的偏心壓力法。

(一)經驗系數法。對于箱型梁來說，因其箱壁較厚和橫隔板的存在，使得橫截面因畸變引起的扭曲應力可以忽略不計，而活載引起的約束扭轉正應力一般只為活載彎曲正應力的15%左右。因此計算時，可在各肋平均分擔外荷載的基礎上，把邊肋上所受荷載增大作為偏載系數，即偏載系數ξ1=1.15。

(二)偏心壓力法。偏心壓力法起初是用來計算開口截面T形梁橋的橫向分布系數，將其推廣應用，來求解混凝土箱梁的偏載系數。該方法的本質是：將箱梁的腹板看作是開口截面T形梁橋的梁肋,算出邊肋的橫向分配系數,然后乘以總的梁肋數,即可求得偏載系數ξ2。計算公式為：

(1)

ξ2=nk

(2)

式中，ξ2為箱梁的偏載系數；K為外側腹板的荷載橫向分布系數；n為箱型截面梁的腹板總數；a1為外邊肋到橋面中心線的距離；ai為第i個內邊肋至橋面中心線的距離；e為外荷載合力點至橋面中心線的距離。

(三)修正偏心壓力法。修正的偏心壓力法在偏心壓力法的基礎上進行了修正改良，考慮了箱梁的抗扭剛度，引入抗扭修正系數β。對于等直截面連續箱梁，抗扭修正系數β的取值，主要取決于跨度、材料和幾何屬性。修正偏壓法的計算公式為：

(3)

ξ3=nk

(4)

其中抗扭修正系數：

(5)

式中，l為橋梁某跨跨徑；G、E分別為箱梁材料的抗剪彈性模量和抗彎彈性模量；I、Ik分別為箱梁的抗彎慣性矩和抗扭慣性矩；Cw為等效剛度修正系數。

二、算例

本文選取三個標準段箱梁：單箱室、雙箱室、三箱室，進行ANSYS建模，通過橋梁博士確定邊跨跨中以及中跨跨中最不利荷載施加位置，進行車輛布載，單箱室、雙箱室、三箱室箱梁有限元模型如圖所示。

(一)跨徑對偏載系數的影響。選取跨徑為3x25m和3x32m，橋寬B=9m兩種橋型，在不同車道數和不同車輛數的車輛荷載情況下，如圖1，比較邊跨圖2和跨中圖3的響應。

圖1 單箱室車道橫截面

(二)箱室數對偏載系數的影響

不同箱式數的偏載系數的結算結果表1，2所示。

表1 3x30m,B=16.75m，懸臂3.5m，二箱室偏載系數對比表

表2 3x30m,B=25.5m，懸臂4m，三箱室偏載系數對比表

表1，2可以看出：1.從ANSYS計算結果可以看出，二箱室邊腹板增大系數與經驗系數法結果較為接近，而三箱室與經驗系數法偏差較大。2.按偏心壓力法與ANSYS計算的結果偏差較大，而修正偏心壓力法與ANSYS計算結果較為接近。

三、結論

本文通過對現澆箱梁進行ANSYS有限元分析，研究了現澆箱梁在不同工況下的偏載系數，數據真實，結果完善。通過與國內主流的三種簡化方法進行比較，可以看出：1.對于單箱單室的現澆箱梁采用經驗系數法較為適用。2.對于單箱二室的現澆箱梁窄橋，與經驗系數法比較誤差在1%～26%，能夠滿足工程經濟要求，采用1.15的經驗系數法較為適用。對于單箱三室的現澆箱梁，與經驗系數法比較誤差較大，而與修正偏心壓力法結果最為接近，宜優先采用修正偏心壓力法。