裝配式連續梁橋計算方法的比較分析

葉 佳 張偉山

（湖北交投智能檢測股份有限公司， 湖北 武漢 430000）

0 引言

近年來，裝配式連續梁橋由于結構形式簡單，工廠預制標準高，施工方便，節約材料的特點，被廣泛采用在我國中小跨徑橋梁建設中，這使得裝配式連續梁橋在試驗檢測工作中占比很大。針對裝配式連續梁橋的橫向分布系數計算，一般按照簡支梁狀態下荷載橫向分布理論進行計算；然而，按照簡支梁狀態下的荷載橫向分布理論來進行連續梁的結構驗算是否合適是值得思考的。

本文采用剛性橫梁法、修正剛性橫梁法、梁格法和實體單元法4 種方法對裝配式連續梁進行結構計算并結合橋梁靜載試驗測試數據，對比分析了裝配式連續梁的橫向分布特性，為試驗檢測工作中更客觀評價裝配式連續梁橋的結構性能提供參考。

1 計算原理

目前，對于裝配式連續梁橋較為常用的計算方法主要有荷載橫向分布計算理論、梁格法、實體單元法。本節僅對荷載橫向分布計算理論和梁格法作簡要介紹：

1.1 荷載橫向分布計算理論

常用的荷載橫向分布系數計算方法主要有：杠桿原理法、偏心壓力法、橫向鉸接板法、剛性橫梁法、比擬正交異性板法[1-3]。上述方法都是按照簡支梁結構形式來進行荷載橫向分布系數求解的。對于先簡支后連續結構[2]，基于等效剛度換算實現了連續梁橋荷載橫向分布系數計算的修正；即假設連續梁各跨截面相同，抗彎慣性矩均為 ，根據撓度等效原理換算后的簡支梁截面抗彎慣性矩為 。剛度換算表達式為：

式中：μ 為等效剛度換算系數。

1.2 梁格理論

梁格法的核心是利用等效縱、橫梁格代替橋梁上部結構，將分散在梁上的彎曲剛度、抗扭剛度集中在最鄰近的等效梁格內，即縱向剛度集中在縱向梁格內，橫向剛度集中在橫向梁格內。理想的剛度等效原則是：上部實際結構和對應的等效梁格所承受的荷載相同時，兩者撓度相等，并且每一梁格內的彎矩、剪力和扭矩都等于該梁格所代表的部分上部結構的內力[4-5]。梁格法的關鍵在于通過合理的梁格網格劃分和橫向聯系剛度取值來準確模擬實際結構。

本文采用傳統的剛性橫梁法來進行靜載試驗過程中的結構計算，并與基于等效剛度換算的修正剛性橫梁法[3]、梁格法、實體單元法進行比較，結合靜載試驗實測數據進行了分析比較。

2 工程概況

以4×40m 先簡支后結構連續預制小箱梁作為研究對象，箱梁梁高2m，頂板厚19cm，腹板厚20cm，底板厚18cm，橫向布置5 片小箱梁，橋面凈寬15.75m，設置端、中橫隔板。

對于裝配式連續梁橋的靜載試驗，一般選取受力最不利梁作為試驗加載對象；本文僅對同時受力最大的1#梁和2#梁的主跨跨中截面進行試驗研究，測試主梁應變和撓度兩個力學指標。截面測點布置圖如圖1所示：

圖1 測點布置圖

3 結果分析

3.1 撓度分析

靜載試驗和不同計算方法下主梁撓度對比如表1 和圖2 所示。

表1 主梁撓度計算結果對比表

圖2 主梁撓度分布曲線

由表1 和圖2 可知：不同計算方法下，主梁撓度由大到小依次為梁格法＞實體單位法＞修正剛性橫梁法＞剛性橫梁法；采用剛性橫梁法計算得到的撓度校驗系數最大，采用梁格法計算得到的撓度校驗系數最小。以受力最不利的1#梁為例，修正剛性橫梁法較剛性橫梁法計算得到的撓度增大了0.5%，實體單元法較剛性橫梁法計算得到的撓度增大了3.11%，梁格法較剛性橫梁法計算得到的撓度增大了9.04%。剛性橫梁法、修正剛性橫梁法、實體單元法3 種計算方法對撓度計算誤差保持5%以內，應用于靜載試驗結構撓度計算中能有效保證計算精度。

3.2 應變分析

試驗荷載作用下，1#梁各應變測點實測應變值與理論應變值見圖3。各片主梁底板應變如圖4 所示。

圖3 1 號梁應變分布曲線

圖4 主梁底板應變分布曲線

由圖3 和圖4 可知：不同計算方法下，主梁應變變化趨勢基本保持一致，主梁理論應變由大到小依次為梁格法＞實體單位法＞修正剛性橫梁法。修正剛性橫梁法和實體單元法計算得到的理論應變較為接近，且均小于梁格法計算得到的理論應變值，采用修正剛性橫梁法或實體單元法進行應變理論值計算能得到更大的應變校驗系數，對評定橋梁承載能力更為嚴格。

梁格法或實體單元法計算出的1#梁～2#梁底板應變曲線斜率與實測1#梁～2#梁底板應變曲線斜率較為吻合，且比修正剛性橫梁法計算出的1#梁～2#梁底板應變曲線斜率更為平緩，這反映出了中梁（2#梁）能替邊梁（1#梁）分擔一部分內力的規律；因此，在靜載試驗加載實施中，應更多關注2#梁承擔荷載的風險。

3.3 橫向分布系數分析

荷載橫向分布系數可以通過各主梁撓度來直觀反映；本文根據主梁撓度確定各主梁的橫向分布系數。

主梁實測橫向分布系數與不同計算方法所計算的橫向分布系數比較如圖5 所示。

圖5 主梁橫向分布系數

由圖5 可知，采用剛性橫梁法計算得到的各片主梁橫向分布系數要略大于采用修正剛性橫梁法計算得到的橫向分布系數；采用梁格法計算得到的各片主梁橫向分布系數最大；采用實體單元法計算得到的各片主梁橫向分布系數曲線變化規律與梁格法較吻合，計算值介于修正剛性橫梁法計算值與梁格法計算值之間。

對于受力最不利控制梁而言，邊梁（1#梁）實測橫向分布系數實測值要小于各類方法得到的計算值，中梁（2#梁）橫向布系數實測值介于修正剛性橫梁法計算值與實體單元法計算值之間，且1#梁～2#梁橫向分布系數曲線斜率較任何一種方法計算得到的橫向分布系數曲線斜率都要平緩；這進一步說明了該橋橫向剛度較大，2#梁能替1#梁分擔一部分內力。

4 結束語

（1）對于裝配式連續梁的計算，采用修正剛性橫梁法或實體單元法計算精度較高。梁格法計算出的撓度、應變以及荷載橫向分布系數結果均偏大，采用偏大的荷載橫向分布系數進行加載計算時會造成試驗荷載偏大，不利于結構安全；采用偏大的撓度、應變理論值計算結構校驗系數時會造成校驗系數偏小，不利于客觀的評定橋梁的承載能力。

（2）中梁（2#梁）能在一定程度上分配邊梁（1#梁）的內力，造成邊梁（1#梁）最不利受力工況下，中梁（2#梁）內力分配較大的情況；因此，進行邊梁（1#梁）最不利受力工況荷載加載時，也要關注中梁的試驗控制參數指標。