寬幅裝配式小箱梁橋荷載橫向分布數值分析

蘆 欣

（新疆交投建設管理有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

引言

隨著交通量的快速增長，在城市主干道市政橋梁設計中，越來越多的橋梁寬度超過40 m，甚至超過80 m，導致寬跨比大于1，甚至更大[1]。寬橋的空間效應明顯，其荷載橫向分布情況可能會與窄橋有所區別，因此亟需對寬幅裝配式梁橋荷載橫向分布進行研究。

目前學者們在荷載橫向分布方面做了大量有益的工作，部分學者[2-3]考慮了剪切滑移效應和橋梁損傷，提出了考慮相應因素的裝配式梁橋荷載橫向分布系數計算方法；錢寅泉[4]對窄幅小箱梁橋的荷載橫向分布系數進行了研究；其他學者[5-8]對裝配式梁橋荷載橫向分布系數的影響因素、變化規律及新的計算方法等進行了研究，然而上述研究都是集中于裝配式T梁和空心板橋的研究，其研究結果的適用范圍受限。而對寬幅裝配式小箱梁橋的荷載橫向分布系數的求解方法的適應性卻鮮有人提及。

1 分析對象與方法

1.1 分析對象

以3×30 m預應力混凝土連續小箱梁為研究基礎，通過增加梁片數來實現小箱梁橋寬跨比的變化，寬跨比分別為0.75、1、1.25、1.5、2五種寬跨比進行對比分析。主要采用剛接梁法、修正偏心壓力法、G-M法和有限元梁格法四種方法在寬跨比變化的情況下，比較各種方法計算結果的異同及變化規律。

由于小箱梁沿縱向變化較小，故對于簡化計算暫不計縱向截面變化，根據設計的箱梁結構尺寸，利用Midas計算其截面特性。

1.2 分析方法

分別用剛接梁法、修正偏心壓力法、G-M法和有限元模型數值法進行計算分析。以有限元梁格法為基準進行比較，分析出不同寬跨比下荷載橫向分布系數最優解法。

圖1 有限元模型

對于一般裝配式連續梁橋，其荷載橫向分布計算步驟：先有等跨的裝配式變截面梁橋轉化成等截面橋梁，最后等效成等截面簡支梁。連續梁簡化方法主采用等代簡支板法。

對于中梁跨中截面，抗彎剛度：

式中：EI—抗彎剛度；L—計算跨徑。

等代剛度：

式中：EI—換算抗彎剛度，故：

EI=1.429EI；I=0.533。

同理,邊梁跨中截面可按此方法計算，數據見表1。

表1 彎矩剛度換算（m4）

由于該橋橫截面大部分是等截面，僅末端錨固位置是變截面，并且其變化很小，因此可以將其視為等截面，無需轉換抗扭剛度。

2 荷載橫向分布的計算

2.1 各寬跨比荷載橫向分布系數

為了研究隨著寬跨比的增加，寬幅裝配式小箱梁橋荷載橫向分布系數的變化規律及計算方法的適應性，分別在寬跨比0.75、1.0、1.25、1.5、2.0時計算各片梁的荷載橫向分布系數，同時對比各個方法在不同主梁和不同寬跨比的異同。表2列出0.75寬跨比下的數據，寬跨比1.25、1.5、2.0時所對應的數據見圖2。

通過表2和圖2可知，與有限元梁格法相比：（1）修正偏心壓力法，在寬跨比0.75、1.0、1.25、1.5、2.0下的計算結果誤差都較大，其中在2.0寬跨比下，其最大誤差達43.7%；（2）剛接梁法在5個寬跨比的計算結果中，誤差整體較為穩定，但是部分梁片出現誤差較大，最大誤差為5.8%，結果偏不安全；（3）G-M法，在5個寬跨比中，其計算值與有限元法計算結果吻合度較好，誤差均小于5%。可知，與有限元梁格法相比，修正偏心壓力法，隨著寬跨比越大其誤差越大，說明偏心壓力法不適用與寬幅裝配式小箱梁橋；剛接梁法，隨著寬跨比增大，其誤差范圍變化不大，但是部分計算絕對誤差大于5%，對于寬幅裝配式小箱梁橋不建議使用剛接梁法；G-M法，隨著寬跨比增大，其誤差比較穩定，均小于5%。

圖2 不同寬跨比下荷載橫向分布系數對比

表2 0.75寬跨比荷載橫向分布系數對比

2.2 單片梁荷載橫向分布系數

邊梁荷載橫向分布系數計算結果比較見表3、圖3。

表3 邊梁荷載橫向分布系數對比

圖3 邊、中梁荷載橫向分布系數對比

由表3、圖3可知：（1）剛接梁法，隨著梁片數增加即寬跨比增大，剛接梁法整體誤差較為穩定，但是最大誤差到達了5.8%，超過了工程允許誤差，這是由于對于寬幅的裝配式小箱梁橋的橋梁寬度較大，其箱梁的扭轉及畸變效應沒有考慮充分，導致計算結果出現誤差，因此對于寬幅裝配式小箱梁橋的荷載橫向分布計算，不建議使用剛接梁法。（2）對于修正偏心壓力法，隨著寬跨比的增大，其計算結果與有限元梁格法相比，誤差越來越大，其中邊梁最大誤差為28.9%，中梁最大誤差為9.5%，由此說明修正偏心壓力法不適用于寬幅裝配式小箱梁橋。（3）隨著橋梁寬跨比增大，G-M 法計算結果與有限元梁格法的計算值較為吻合，計算精度也較高。（4）橋梁荷載橫向分布系數的變化規律是，隨著寬跨比的增大，各主梁的荷載橫向分布系數數值在減小；同時，邊梁數值一直大于中梁，說明橋梁寬跨比越大，荷載橫向分布能力越強，每片梁的數值越小。

3 結語

（1）對于同一跨徑寬幅裝配式小箱梁橋，隨著寬跨比的增大，各片梁跨中截面荷載橫向分布系數逐漸遞減；其中，當寬跨比到達1.25 時，荷載橫向分布系數趨于平穩不變；G-M法計算荷載橫向分布系數結果與有限元梁格法計算結果誤差較小，因此G-M法適用于計算寬幅裝配式小箱梁橋的荷載橫向分布系數。（2）對于修正偏心壓力法，當寬跨比大于0.75時，寬幅裝配式小箱梁橋，修正偏心壓力法誤差都較大，且隨著寬跨比的增大，其計算結果的誤差越大。故對于修正偏心壓力法不適用于計算寬幅裝配式小箱梁橋的荷載橫向分布系數。