关于现浇箱梁横梁计算方法的探析

胡家伟

摘 要：箱形截面具有良好的截面性能，在现代桥梁工程中得到了广泛的应用。横梁作为箱梁的一个重要组成部分，是上部荷载传递到下部结构的关键节点。横梁就好比人体结构中的关节，肩负着上部结构主体安全的重要使命。本文主要探析Midas中横梁的计算流程及主要注意事项。

关键词：Midas;现浇箱梁;横梁

中图分类号：U441 文献标识码：A

1 总体思路

在钢筋混凝土和预应力桥梁混凝土桥中，横梁对于加强结构的横向联系，保证构件的整体性起很大的作用，尤其是在车辆荷载和桥宽不断增大的情况下，横梁的正确受力分析和设计计算已成为整个设计中比较重要的一部分。

横梁计算过程中，除了承受自己本身的荷载以外，最主要还是承受纵向传递的荷载，即纵向主梁所承受的荷载通过腹板、顶底板以剪力的形式传递到横梁，然后通过支座传递到下部结构中。纵向主梁传递荷载的方式主要有以下三种：等效重量法、等效剪力法、腹板剪力法。在采用上述三种方法对横梁进行计算前，首先确定主梁在永久作用荷载时产生的此横梁下支座反力Gz和横梁模型的重量GL。

1.1 等效重量法

此方法假定：提高横梁自重提高系数可以等效为箱梁对横梁本身的外荷载。

实际就是横梁计算模型的材料自重×[横梁自重提高系数]的方式。

1.2 等效剪力法

此方法假定：箱梁是通过箱梁与横梁模型的全部接触面积上的剪力对横梁进行加载。 确定横梁模型的端部位置截面中每个高度变化位置距离左梁端距离和横梁高度变化点位置的荷载转化值。

1.3 腹板剪力法

此方法假定：箱梁是通过箱梁与横梁模型的腹板接触面积上的剪力对横梁进行加载，忽略上下顶板、倒角对横梁的作用。确定横梁模型的端部位置截面中每个高度变化位置距离左梁端距离和横梁高度变化点位置的荷载转化值。

2 项目概况

本桥为30+40+25 m的现浇预应力混凝土主梁，变宽，桥面宽度为55.6 m～44.8 m，主梁高度为2.3 m，桥面横坡为1.5%，底板水平。箱梁截面采用单箱八室，跨中段顶板厚度25 cm，底板厚度23 cm，腹板厚度50 cm。腹板加厚段，腹板厚度增加到75 cm，横梁两侧纵向倒角长度为2 m，顶板加厚35 cm～60 cm，底板加厚20 cm～43 cm。端横梁宽度为2 m，中横梁宽度为4 m。

本项目纵梁的计算采用梁格的方式划分截面来进行计算，其纵梁划分为9片纵梁，采用上下对齐的方式进行划分，强制移轴，保证每片纵梁的抗弯惯性矩不变。

3 横梁计算

3.1 横梁模型

根据箱形截面梁的受力机理，横梁计算模型一般有两种方式：一是按照矩形截面梁进行计算;二是考虑箱梁翼缘的有效宽度，采用工字形截面进行计算。

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）中4.3.4条给出了箱形截面梁在腹板两侧上、下翼缘的有效宽度的计算方法。横梁的计算，个人认为也应该考虑横梁两侧顶底板有效宽度分布的问题，其原理与T形截面梁一样。箱形截面梁翼缘有效宽度，目前比较通用的是《德国规范DN1075》推荐的方法。这个方法已为《德国钢桥设计规范DNI073》、《美国规范 AASHTO LRFD》所采用。《梁桥》第七章也介绍了这个方法。本次也采用这个方法。

通过对规范的探究以及工程实例的分析，本次横梁计算采用工字形截面进行分析。横梁两侧顶底板长度取值为6倍的顶板厚度即150 cm。

3.2 横梁荷载

3.2.1 恒载

本次横梁计算采用腹板剪力法，即将纵向传递的荷载都加载到横梁两侧所对应腹板的位置上，按照均布荷载的方式进行加载。其中纵向传递剪力荷载的关键值在于荷载的选取，通过查阅相关资料，部分认为只考虑纵向恒载传递的剪力，不考虑纵向温度、沉降等荷载传递到横梁处的剪力值;个人认为，横梁作为桥梁上下部结构衔接的关键位置，整体温度、梯度温度、沉降等次内力均应考虑。

3.2.2 活载

横梁计算时活载的计算按照从纵梁中提取一个车道在横梁处产生的支反力，作为横向活载加载的轴重。从中提取的单车道支反力需要扣除纵梁计算时所考虑的相关系数，如：纵向折减系数、横向折减系数、偏载增大系数、冲击系数等。

参考Midas横向计算的相关资料，其横向活载值的计算需要考虑以下要素：

①当采用梁单元进行横向分析时，车轮荷载的作用效应与车轮荷载（行车向）分布宽度和（梁段）纵向宽度有关，等效荷载=（P/分布宽度）×纵向宽度;（即车轮荷载×梁段长度/车轮荷载行车向分布长度）。

②对应于程序的横向车道线定义时参数输入：

比例系数：车轮荷载传递到板上的纵向分布宽度a的倒数。

③移动车辆定义时参数输入：

车轮荷载：按单轴计算时，输入轴重的一半;按全车计算时，输入全车重量的一半;

分布宽度（纵向分布宽度a）：定义了比例系数后，此处的分布宽度输入值为1;

纵向宽度（梁段宽度）：横向框架梁的梁段长度，即该梁段在整体桥梁模型中的长度，通常取1 m梁段（也可按需取值）;

最多车道数：该横向分析模型上可能作用的最多车道数。

3.2.3 其他

除了上述中提及的恒载和活载，部分资料认为还应该考虑横梁分析时的温度，包括整体温度和梯度温度，本人认为可以不用考虑。横梁作为纵梁的一部分，其在温度作用下的变形是跟随纵梁而变化的，而非横向变形。

4 结论

通过对此横梁模型的计算分析并與纵向梁格模型中整体计算结果的对比分析，针对这种结构的横梁计算模型，其计算结果与纵向计算模型较为接近。

参考文献：

[1]JTG 3362-2018 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2018.

[2]JTG D60-2015 公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.

[3]刘效尧，徐岳.梁桥[M].北京：人民交通出版社，2011.

[4]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京：人民交通出版社，2001.