简支铰接空心板梁桥荷载空间分布研究.pdf

第十一届后张预应力学术交流会 2011 年 简支铰接空心板梁桥荷载空间分布研究 张经纬 徐 栋 （同济大学桥梁工程系，200092） 提 要 简支铰接空心板梁桥是我国公路中小跨径桥梁常用桥型，本文通过对选定算例使用手算和电算两种计算方式进行结果对比，重新审视了铰接空心板桥的横向分布计算这一计算要点得出了以下结论：梁格法电算可以较好的计算铰接空心板梁桥的横向分布系数，相比铰接板法手算计算结果更为详细,变更设计更为灵活 关键词 铰接空心板梁桥，横向分布，铰接板法，梁格法，影响面 1 引言 简支铰接空心板梁桥以其自重轻，结构性能好，设计方便，便于大规模预制，施工速 度快等特点，成为了中小跨径公路桥中十分常用的桥型随着计算技术的发展，利用影响 面加载电算已成为常用计算手段，本文将回顾简支空心板梁桥计算中的计算要点——横向 分布的计算 横向分布的原理是：各板梁横向之间通过现浇的接缝混凝土联结，各板梁横向连成整 体，作用于行车道板上的局部荷载分配给各板梁共同承受，显著地减小单根板梁受力横 向分布的计算方法有两种： （1）手算法：铰接板法； （2）电算法：梁格法本文用两种方 法分别计算横向分布并将结果进行对比，重新审视横向分布的手算方法，并采用电算方法 进行荷载的空间分布研究。

2 横向分布计算 现役简支空心板梁桥中，建于新规范颁布前的占有很大的比例，设计时采用的是老规 范 《JTJ 021-89 公路桥涵设计通用规范》 内的荷载标准， 因此本文采用 89 规范的汽车-超 20、 挂车-120[1]作为计算荷载为切合实际使用中的多数桥型，选择如下算例结构：跨径 20m， 等间距 13 根预制空心板，中心间距 1.25m，桥面全宽 16.24m，行车道宽 15.24m 预制板混凝土标号为 C35，预制板断面见图 1（a） （单位为 mm） ，全桥横断面见图 2 （单位为 mm） ： 第十一届后张预应力学术交流会 2011 年 (a) 空心板纵向断面 (b)空心板横向断面 图 1 空心板横截面 图 2 全桥横截面 2.1 铰接板法 横向铰接板法的计算原理为：荷载在桥梁纵横向分布，所有主梁均参与工作，将空间问题转化为平面问题，指定截面内力值121( , )( )( )( )ySPx yPxyPx，其中2( )yPPy 求得单位荷载沿横向作用在不同位置时对某梁所分配的荷载比值变化曲线2( )y，即可将影响面加载问题转换为单梁影响线加载。

首先计算空心板的刚度系数222 5.84TTEIbIb GIlIl=0.01498 求得刚度系数后，查阅《公路桥涵设计手册—梁桥（上册） 》第一篇附录（二）中的13 块板的铰接板桥荷载横向分布影响线表，由0.01和0.02内插得到0.01498时 1 号板到 7 号板的横向分布影响线值，结果见 2.3 节图 8~21 计算结果为跨中弯矩横向分布影响线，铰接板法认为四分点处与跨中相同剪力横向 影响线也取与弯矩相同 第十一届后张预应力学术交流会 2011 年 2.2 梁格法 本文以慧加软件为平台建模，建模方式为： 纵梁与空心板中心线重合，设 13 根纵梁每一纵梁两侧有鱼骨型横梁，两个相邻纵梁 以横梁连接，连接节点设为铰接点，只传递剪力不传递弯矩值 边界条件为简支，即每根纵梁左端限制竖直方向和桥纵向位移，右端只限制竖直位移 取一个纵梁两端限制横桥向位移以达到空间几何不可变 纵梁单元截面与空心板截面一致，如图 1（a）所示；虚拟横梁单元的设置非常重要， 间隔设置、截面刚度与纵梁相近为宜，本例横梁间距为 1m，截面取 1m 长的空心板实际纵 切面，如图 1（b）所示，横梁不计自重。

整体模型如图 3 图 3 空心板梁格电算模型 活载标准为汽车-超 20、挂车-120，定义中央纵梁坐标为 0， 则活载加载范围为-7.62m ~ 7.62m，利用慧加的指定单元/节点活载影响面输出功能，逐一输出 1-7 号板的跨中和四分 点的活载弯矩与剪力影响面图 4 为慧加软件输出的 6 号板跨中弯矩影响面，图 6 为 2 号 板四分点剪力影响面 影响面与节点所在横截面的交线即为该点横向分布影响线，剪力在点两侧正负改变， 如图 6 中圆标出的两点，取不利值一侧图 5 为 6 号板跨中点影响面截取出的横向分布影 响线，图 7 为 2 号板四分点剪力横向分布影响线最终结果见 2.3 节图 8~21 图 4 6 号板跨中点弯矩影响面 图 5 6 号板跨中弯矩横向分布影响线 第十一届后张预应力学术交流会 2011 年 图 6 2 号板四分点剪力影响面 图 7 2 号板四分点剪力横向分布影响线 2.3 铰接板法与梁格法计算结果对比 以下为每块板的手算和电算横向分布影响线的对比图表 图 8 1 号板弯矩横向分布影响线对比 图 9 2 号板弯矩横向分布影响线对比 图 10 3 号板弯矩横向分布影响线对比 图 11 4 号板弯矩横向分布影响线对比 图 12 5 号板弯矩横向分布影响线对比 图 13 6 号板弯矩横向分布影响线对比 第十一届后张预应力学术交流会 2011 年 图 14 7 号板弯矩横向分布影响线对比 图 15 1 号板剪力横向分布影响线对比 图 16 2 号板剪力横向分布影响线对比 图 17 3 号板剪力横向分布影响线对比 图 18 4 号板剪力横向分布影响线对比 图 19 5 号板剪力横向分布影响线对比 图 20 6 号板剪力横向分布影响线对比 图 21 7 号板剪力横向分布影响线对比 由以上各图可以看出，梁格法建模电算的横向分布比手算更为集中，为验证影响面结 果正确性，本文通过加静载单位力于各点，如图 22，所得结果与上述结果相同。

第十一届后张预应力学术交流会 2011 年 图 22 单位力加载位置示意图 3 小结 以上讨论了铰接空心板梁桥的计算要点——横向分布的计算，对比了铰接板法和梁格 法，研究了空心板梁桥的荷载空间分布，得出结论如下： 1、 梁格法电算可以较好的计算铰接空心板梁桥的横向分布系数，与铰接板法手算相 比，可以更为实际地反映荷载在结构的空间分布特性 2、 梁格法可以计算沿桥全长任意点的弯矩和剪力横向分布，而铰接板法手算值只相 对准确反映了跨中的弯矩横向分布情况 3、 可以看出在跨中和 4 分点弯矩影响线（图 8~14）与剪力影响线（图 15~21）并不 相同，采用弯矩影响线替代剪力影响线，荷载效应会偏小 4、 当设计中需要变改截面时，梁格法只需更改单元截面，无需查表，可大大减少重 复工作量，更为方便 参考文献 [1] 中华人民共和国交通部标准，公路桥涵设计通用规范（JTJ 021-89） ，北京：人民交通出版社，1989 [2] 易建国，混凝土简支梁（板）桥（第二版） ，北京：人民交通出版社，2001 [3] 徐光辉，胡明义等，公路桥涵设计手册—梁桥（上册） ，北京：人民交通出版社，1996 [4] 范立础，桥梁工程，北京：人民交通出版社，2001 [5] 葛俊颖，丁啸宇，梁格法分析铰接板梁桥虚拟横梁刚度的取值研究，公路，2010； （4） ：103-106 。