楊 忠,高 峰,劉義河,陳 維

(吉林省公路勘測設計院,長春 130021)

近年來,隨著公路建設事業(yè)的迅速發(fā)展,修建了大批的橋梁,中小跨徑橋梁因其施工上的方便性和經濟上的競爭性,成為很具競爭力的橋型.裝配式鋼筋混凝土鉸接板、梁橋,由于易于設計成系列化和標準化,廣泛應用于中小跨徑的公路橋.而其橫向分布計算是橋梁設計、分析以及結構試驗中的一個重要部分,關系到結構的安全性和可靠性.橋梁荷載橫向分布的計算方法有很多,比如:偏心壓力法、修正偏壓法、比擬正交異性板(G-M)法、剛性橫梁法、杠桿原理法、剛接板梁法、鉸接板梁法等.利用荷載橫向分布的方法分析梁橋,其實質是將原內力影響面近似簡化為兩個單值函數的乘積,也就是變量分離的方法,從而把空間結構的內力計算問題轉化為平面問題來解決,但是荷載橫向分布的求解屬空間問題,因此這在一定程度上,存在一定的誤差.隨著有限元理論和大型有限元軟件(如ANSYS、ALGOR、MIDAS等)技術的發(fā)展,采用不同的單元(如實體單元、梁單元、殼單元等)可以將分析對象根據不同的需要進行模擬,進行空間分析,因此可以采用空間梁單元進行荷載橫向分布的求解,其計算結果將更符合實際情況,更能真實的反映橋梁的工作狀態(tài).

1 鉸接板梁法

1.1 鉸接板梁法適用范圍

鉸接板梁法適用于不設內橫梁,僅對翼板的板邊適當連接的、或僅由現澆的橋面層使各板梁連接的、或用現澆混凝土企口縫連接預制板的橋跨結構.

1.2 鉸接板梁法基本假定

(1)假定豎向荷載作用下,鉸接縫內只傳遞豎向剪力.橋面板內縱向剪力流T,以及橫向扭矩和法向力均忽略不計.

(3)每塊板梁在偏心荷載作用下,只產生垂直位移和轉角,而不發(fā)生橫向彎曲.

2 算例概況

某空心板簡支梁橋,跨徑12.6 m,橋面凈空為-7和2×0.5 m的護輪帶,全橋由8塊預應力混凝土空心板組成,橋的橫截面布置及空心板橫斷面如圖1所示:

圖1 橋的具體尺寸(單位:cm)

2.1 采用空間梁單元計算算例

由于鉸接板橋的板和板之間是依靠鉸縫進行連接的,鉸縫只傳遞剪力,不傳遞彎矩,所以在進行模擬時,要將板與板之間的轉動放松,采用BEAM44單元可通過設置Keyopt值的屬性來進行單元的節(jié)點放松,此模型中的鉸縫是用剛性鏈桿來模擬的,它的J節(jié)點轉動全部放松,這和橋梁的實際情況也是吻合的.計算模型如圖2所示:

圖2 有限元模型

本文中的模型按單位力在跨中橫向加載,計算各塊板的彎矩,橫向分布是根據某塊板跨中彎矩和同一時刻全橋跨中彎矩之和的比值得出,即 η=分析各板的橫向分布影響線豎標曲線如圖3所示.其中,1～4號板作用單位集中力時的彎矩如圖4所示.

圖3 各板橫向分布影響線豎標曲線

2.2 手算橫向分布系數

由ANSYS計算的截面的抗彎剛度 I=0.013914 m4;抗扭剛度It=0.029943 m4.

則板的抗彎剛度與抗扭剛度比例參數γ為:

查閱《公路橋梁荷載橫向分布計算》,根據剛度比例參數γ內插計算所得荷載橫向分布影響線坐標如表1所示(為避免書寫小數點,所列坐標均為一千倍的值,以下同).

表1 各板跨中荷載橫向分布影響線坐標表

表2 各板跨中荷載橫向分布系數計算表

由表2可以看出,采用空間梁單元計算的橫向分布系數較手算結果存在一定的誤差,但誤差不超過3%,從工程角度上,可以說兩者基本接近,均滿足要求.但是,手算法與實際情況難免有偏差,為了得到較為準確的結果,建議采用空間計算方法復核手算方法,以保證橋梁設計的可靠性.

3 結 語

通過空間梁單元建立的有限元模型分析,可以很直觀的得到各塊板的內力分布情況,由此計算得出各塊板的橫向分布系數,此方法建模簡單,更能真實的反映橋梁的工作狀態(tài),可以為工程計算提供參考.

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