宽幅装配式小箱梁桥荷载横向分布数值分析

芦 欣

（新疆交投建设管理有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

引言

随着交通量的快速增长，在城市主干道市政桥梁设计中，越来越多的桥梁宽度超过40 m，甚至超过80 m，导致宽跨比大于1，甚至更大[1]。宽桥的空间效应明显，其荷载横向分布情况可能会与窄桥有所区别，因此亟需对宽幅装配式梁桥荷载横向分布进行研究。

目前学者们在荷载横向分布方面做了大量有益的工作，部分学者[2-3]考虑了剪切滑移效应和桥梁损伤，提出了考虑相应因素的装配式梁桥荷载横向分布系数计算方法；钱寅泉[4]对窄幅小箱梁桥的荷载横向分布系数进行了研究；其他学者[5-8]对装配式梁桥荷载横向分布系数的影响因素、变化规律及新的计算方法等进行了研究，然而上述研究都是集中于装配式T梁和空心板桥的研究，其研究结果的适用范围受限。而对宽幅装配式小箱梁桥的荷载横向分布系数的求解方法的适应性却鲜有人提及。

1 分析对象与方法

1.1 分析对象

以3×30 m预应力混凝土连续小箱梁为研究基础，通过增加梁片数来实现小箱梁桥宽跨比的变化，宽跨比分别为0.75、1、1.25、1.5、2五种宽跨比进行对比分析。主要采用刚接梁法、修正偏心压力法、G-M法和有限元梁格法四种方法在宽跨比变化的情况下，比较各种方法计算结果的异同及变化规律。

由于小箱梁沿纵向变化较小，故对于简化计算暂不计纵向截面变化，根据设计的箱梁结构尺寸，利用Midas计算其截面特性。

1.2 分析方法

分别用刚接梁法、修正偏心压力法、G-M法和有限元模型数值法进行计算分析。以有限元梁格法为基准进行比较，分析出不同宽跨比下荷载横向分布系数最优解法。

图1 有限元模型

对于一般装配式连续梁桥，其荷载横向分布计算步骤：先有等跨的装配式变截面梁桥转化成等截面桥梁，最后等效成等截面简支梁。连续梁简化方法主采用等代简支板法。

对于中梁跨中截面，抗弯刚度：

式中：EI—抗弯刚度；L—计算跨径。

等代刚度：

式中：EI—换算抗弯刚度，故：

EI=1.429EI；I=0.533。

同理,边梁跨中截面可按此方法计算，数据见表1。

表1 弯矩刚度换算（m4）

由于该桥横截面大部分是等截面，仅末端锚固位置是变截面，并且其变化很小，因此可以将其视为等截面，无需转换抗扭刚度。

2 荷载横向分布的计算

2.1 各宽跨比荷载横向分布系数

为了研究随着宽跨比的增加，宽幅装配式小箱梁桥荷载横向分布系数的变化规律及计算方法的适应性，分别在宽跨比0.75、1.0、1.25、1.5、2.0时计算各片梁的荷载横向分布系数，同时对比各个方法在不同主梁和不同宽跨比的异同。表2列出0.75宽跨比下的数据，宽跨比1.25、1.5、2.0时所对应的数据见图2。

通过表2和图2可知，与有限元梁格法相比：（1）修正偏心压力法，在宽跨比0.75、1.0、1.25、1.5、2.0下的计算结果误差都较大，其中在2.0宽跨比下，其最大误差达43.7%；（2）刚接梁法在5个宽跨比的计算结果中，误差整体较为稳定，但是部分梁片出现误差较大，最大误差为5.8%，结果偏不安全；（3）G-M法，在5个宽跨比中，其计算值与有限元法计算结果吻合度较好，误差均小于5%。可知，与有限元梁格法相比，修正偏心压力法，随着宽跨比越大其误差越大，说明偏心压力法不适用与宽幅装配式小箱梁桥；刚接梁法，随着宽跨比增大，其误差范围变化不大，但是部分计算绝对误差大于5%，对于宽幅装配式小箱梁桥不建议使用刚接梁法；G-M法，随着宽跨比增大，其误差比较稳定，均小于5%。

图2 不同宽跨比下荷载横向分布系数对比

表2 0.75宽跨比荷载横向分布系数对比

2.2 单片梁荷载横向分布系数

边梁荷载横向分布系数计算结果比较见表3、图3。

表3 边梁荷载横向分布系数对比

图3 边、中梁荷载横向分布系数对比

由表3、图3可知：（1）刚接梁法，随着梁片数增加即宽跨比增大，刚接梁法整体误差较为稳定，但是最大误差到达了5.8%，超过了工程允许误差，这是由于对于宽幅的装配式小箱梁桥的桥梁宽度较大，其箱梁的扭转及畸变效应没有考虑充分，导致计算结果出现误差，因此对于宽幅装配式小箱梁桥的荷载横向分布计算，不建议使用刚接梁法。（2）对于修正偏心压力法，随着宽跨比的增大，其计算结果与有限元梁格法相比，误差越来越大，其中边梁最大误差为28.9%，中梁最大误差为9.5%，由此说明修正偏心压力法不适用于宽幅装配式小箱梁桥。（3）随着桥梁宽跨比增大，G-M 法计算结果与有限元梁格法的计算值较为吻合，计算精度也较高。（4）桥梁荷载横向分布系数的变化规律是，随着宽跨比的增大，各主梁的荷载横向分布系数数值在减小；同时，边梁数值一直大于中梁，说明桥梁宽跨比越大，荷载横向分布能力越强，每片梁的数值越小。

3 结语

（1）对于同一跨径宽幅装配式小箱梁桥，随着宽跨比的增大，各片梁跨中截面荷载横向分布系数逐渐递减；其中，当宽跨比到达1.25 时，荷载横向分布系数趋于平稳不变；G-M法计算荷载横向分布系数结果与有限元梁格法计算结果误差较小，因此G-M法适用于计算宽幅装配式小箱梁桥的荷载横向分布系数。（2）对于修正偏心压力法，当宽跨比大于0.75时，宽幅装配式小箱梁桥，修正偏心压力法误差都较大，且随着宽跨比的增大，其计算结果的误差越大。故对于修正偏心压力法不适用于计算宽幅装配式小箱梁桥的荷载横向分布系数。