徐海賓,徐 平 ,王興國

(河南理工大學(xué)土木工程學(xué)院,河南 焦作 454003)

橋梁本身是一個三維空間結(jié)構(gòu),其精確的內(nèi)力計算較為復(fù)雜。雖然目前隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,利用有限元程序建立三維模型進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)分析已完全可以實現(xiàn),但畢竟建模和計算分析過程都相當(dāng)復(fù)雜,費(fèi)時費(fèi)力。所以在滿足工程精度需要的情況下,目前在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計時,更多的還是將橋梁結(jié)構(gòu)簡化成平面桿系模型,利用引入荷載橫向分布系數(shù)的方法完成對橋梁結(jié)構(gòu)的分析計算。

1 問題的提出

對于普通的梁式橋,常用的求解荷載橫向分布系數(shù)的方法有剛性橫梁法(也叫偏心壓力法)、修正剛性橫梁法、鉸接板梁法、剛接梁法以及比擬正交異性板法。由于每種方法在推導(dǎo)時都做了相應(yīng)的簡化和假定,所以每種方法都有相對應(yīng)的適用條件,求解結(jié)果自然也都存在一定程度的誤差。對于可以利用幾種方法求解的橋梁結(jié)構(gòu),用不同的方法求得的結(jié)構(gòu)既然存在一定的差異性,那么究竟利用那種方法求解更好呢?下面結(jié)合一個實例加以分析。

2 實例分析

例:某裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋,計算跨徑 30m,設(shè)5道橫隔梁,跨中橫斷面如圖 1所示。

圖1 橫斷面示意(單位:cm)

根據(jù)該橋的具體情況,求解橫向分布系數(shù)時,各梁支點處利用杠桿原理法求解,跨中處可利用(修正)剛性橫梁法、鉸接板梁法、剛接梁法以及比擬正交異性板法中的任何一種求解。表1為利用不同方法求得結(jié)果的對比。

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在表1計算時,近似取修正系數(shù) β=0.9。另外考慮到比擬正交異性板法需要查閱大量的圖表,目前亦不常用,故沒有利用該方法進(jìn)行計算。

對表1中數(shù)據(jù),若以剛性橫梁法為基準(zhǔn),利用各種方法求得的數(shù)據(jù)比值為 1號梁:1∶0.96∶0.71∶0.82;2號梁:1∶0.89∶1.04∶0.97;3號梁:1∶1∶1.5∶1.3。由表中數(shù)據(jù)及比值分析可見,各方法所計算結(jié)果存在差異,且有的相差比較大。若從偏于安全及施工方便考慮,多取各梁中最大的橫向分布系數(shù)作為所有梁的橫向分布系數(shù)采用,則各種方法所計算最大值的比值為 0.658∶0.632∶0.621∶0.560=1∶0.96∶0.94∶0.85。結(jié)果差異在 15%以內(nèi)。

根據(jù)主梁活載內(nèi)力計算公式

可知,所計算的活載內(nèi)力差值也控制在 15%以內(nèi)。而根據(jù)大量的工程實例計算表明,對于公路橋,汽車及人群荷載在總荷載中的比重在跨徑較小時占40%左右;隨著跨徑的增大,其所占比例逐漸減小,甚至只有10%左右;若考慮超靜定結(jié)構(gòu)中溫度力、預(yù)加力次內(nèi)力及基礎(chǔ)變位等等作用力后,活載所占比重將進(jìn)一步減小。

3 結(jié) 論

由以上分析可知,采用不同方法計算荷載橫向分布系數(shù),結(jié)果之間存在一定程度的差異,有的差異甚至較大。若考慮到設(shè)計時多取最大值以及在公路橋梁中活載所占總荷載的比重較小,則差異是可以忽略的,均可滿足工程需要。所以在計算荷載橫向分布系數(shù)時,只要適用條件滿足要求,則無論用何種方法計算,結(jié)果都是可以接受的。當(dāng)然,若需要知道主梁的精確受力,最好還是建立橋梁結(jié)構(gòu)的三維空間模型,利用有限元程序進(jìn)行精確分析。

[1]范立礎(chǔ).橋梁工程(上)[M].北京:人民交通出版社,2001

[2]JTGD 60-2004公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S]