刚接空心板梁桥横向分布系数研究

2017-03-28江燕斌

城市道桥与防洪 2017年2期

关键词：格法斜交板梁

江燕斌

（上海市宝山区市政工程管理中心，上海市201900）

刚接空心板梁桥横向分布系数研究

江燕斌

（上海市宝山区市政工程管理中心，上海市201900）

对刚接空心板梁桥横向分布系数计算方法及影响因素进行了对比分析。计算结果表明，对比梁格法，刚接板梁法计算结果偏不安全，设置中横梁及考虑铺装层对横向分布系数有一定影响，使桥梁横向受力更均匀。

刚接空心板；刚接板梁法；梁格法；横向分布系数

0 引言

在上海地区中小跨桥梁一般优先推荐采用空心板梁桥，但之前采用的铰接空心板梁，铰缝成为全桥薄弱环节，在繁重交通作用下，铰缝失效导致单梁受力的弱点一直无法解决。为避免该缺陷导致的交通中断及后期养护维修成本，拟采用了一种新型预制装配式板梁结构，即刚接板梁[1]，板与板之间取消铰缝而采用后浇湿接头刚性连接。

板梁刚接后，受力介于整体板及小箱梁之间。刚接板梁纵横向传力构件的相对刚度与整体板及小箱梁均不同，导致其横向分布系数有其自身特点。板梁横向分布系数计算方法有多种，本文拟采用近年普遍采用的梁格法及刚接板梁法进行分析与研究。

1 横向分布系数计算方法研究

1.1 概述

本次计算横向分布系数采用以下方法：采用Midas建立梁格计算各片梁活载最大纵向弯矩，计算单梁单个车道作用时跨中最大弯矩，两者的比值作为各片梁的横向分布系数。该横向分布系数计算方法未考虑区分跨中和支点处横向分布系数的不同，导致其与跨中横向分布系数相比时偏大，但考虑对跨中弯矩来说，起主要作用的还是L/4～3L/4处荷载，故忽略由此处理导致的误差。

梁格建模时，虚拟横向构件高度应按板梁横断面高度变化分段设置，但一般简化统一取湿接缝厚度。本次梁格建模时分别采用简化和精确模拟虚拟横向构件高度两种方法，对这两种计算结果进行对比，以判断简化处理导致的误差范围。本文还对梁格法与刚接板梁法计算的横向分布系数进行了对比，以判断刚接板梁法的适用性。

板梁斜交时，梁格建模分正交梁格和斜交梁格两种。一般板梁适用斜交角度小于30°，本文对斜交30°板梁桥分布采用正交梁格和斜交梁格建模，对横向分布系数进行了对比，以探讨斜交梁格的适用范围。本文还顺带从梁格中提取了活载最大正负弯矩并进行了分析，以供参考。

本文采用计算模型采用刚接空心板通用图中的22m跨径刚接板梁，梁高0.95m,设计荷载为城－A级，端横梁宽度0.35m。桥宽分24.0m和12.0m两种,横截面形式见图1、图2。

1.2 正交板梁横向分布系数计算方法研究

对24.0m宽断面建模计算，桥梁正交，3种横向分布系数计算方法计算结果见表1。

对12.0m宽断面建模计算，桥梁正交，3种横向分布系数计算方法计算结果见表2。

由表1分析，刚接板梁法误差在-8.8%～-17.3%，且偏不安全。梁格法（简化）误差在7.1%～16.1%，偏安全。

由表2分析，刚接板梁法误差在1.3%～-14.8%，且偏不安全。梁格法（简化）误差在4.7%～6.7%，偏安全。

由表1、表2误差变化趋势可知，刚接板梁法计算刚接空心板横向分布系数偏不安全，但随着桥宽减少，误差有减小趋势。梁格法（简化）计算刚接空心板横向分布系数偏安全，随着桥宽减少误差有减小趋势。

图1 24.0m宽桥梁横断面

图2 12.0m宽桥梁横断面（单位：mm）

表1 24.0m宽断面横向分布系数对比

表2 12.0m宽断面横向分布系数对比

刚接板梁法计算误差产生的原因在于其无法考虑单块板梁非悬臂部分（即底板宽度范围内，如图1中1.1m底板范围）的横向变形，该算法默认该部分区域梁不产生横向挠度，仅可考虑悬臂部分横向挠度。对于常规T梁、小箱梁，高跨比相对较大，底板范围梁自身横向挠度相对悬臂部分较小，故该因素导致误差较小。板梁铰接时该因素亦影响不大，而板梁刚接后由以上计算结果可知，该因素已无法忽略。

为进一步验证以上判断，本文取跨径20m,梁高和宽分别为0.90m、10m的整体实心板利用桥梁博士的横向分布计算工具进行刚接板梁法分析。当实体板分别按1m、0.5m分割成10片和20片梁进行刚接板梁法分析时，在整体板边缘作用单位力，10片板梁的第1块板横向分布系数为0.155，20片板梁的第1、2块板横向分布系数分别为0.103、0.098，两种分割方法导致受力差别达（0.103+0.098）/0.155=1.30，其原因即为板与板间的变形差刚接板梁法可以考虑，但单块板梁自身横向变形被忽略。

1.3 斜交板梁横向分布系数计算方法研究

对24.0m宽断面建模计算，桥梁斜交30°，正交梁格和斜交梁格横向分布系数计算方法计算结果见表3。

由表3可知，对刚接空心板梁，在斜交角度30°时，正交梁格和斜交梁格仍差别不大，可根据方便程度选用任一种。

在正交梁格模型中，活载产生的最大正弯矩为691kN·m,负弯矩为-454kN·m。对整体斜交板，影响板梁受力的因素[2]有：斜交角、宽跨比、支承形式。宽跨比越大，斜板相对宽度越大，斜桥特点越明显。相对铰接空心板，刚接空心板梁斜桥特点应更明显。因此，刚接空心板梁斜桥钝角负弯矩加强钢筋不能简单借用铰接板梁的习惯做法，需研究后进一步加强该部分钢筋。

表3 24.0m宽断面（斜交30°）横向分布系数对比

2 横向分布系数影响因素

2.1 影响因素概述

影响刚接板梁横向分布系数的因素有：中横梁、桥面铺装、板梁片数、跨径。一般跨径越小，横向分布系数越大；板梁片数越多，横向分布系数越小。鉴于板梁片数和跨径由使用功能确定，本文只研究中横梁和桥面铺装的影响。三个一组的对比模型中，模型一采用图1或图2断面，跨径22m，正交，采用0.95m高、0.35m厚端横梁（与标准图一致）。模型二在模型一基础上跨中增设0.95m高、0.35m厚中横梁一道。模型三在模型一基础上考虑8cm混凝土铺装参与作用。

通过上述关于计算方法的讨论，本次研究中横梁和桥面铺装的影响时采用梁格法（精确模拟横向刚度），并只对正交桥梁进行讨论，斜交桥梁可参考正交桥梁结论。

2.2 板梁横向分布系数影响因素研究

对24.0m宽断面三种模型横向分布系数计算方法计算结果见表4。

对12.0m宽断面三种模型横向分布系数计算方法计算结果见表5。

由表4分析，跨中增设中横梁，除边梁略有增加外，其他板梁横向分布系数减少3.2%～9.4%；考虑8cm混凝土铺装，所有板梁横向分布系数减少0～9.4%。

由表5分析，跨中增设中横梁，除边梁略有增加外，其他板梁横向分布系数减少0～5.3%；考虑8cm混凝土铺装，所有板梁横向分布系数减少0～2.6%。

由表4、表5误差变化趋势可知，随着桥宽减少，增设中横梁和考虑混凝土铺装的影响均有减小趋势。