胡家偉

摘 要：箱形截面具有良好的截面性能，在現(xiàn)代橋梁工程中得到了廣泛的應用。橫梁作為箱梁的一個重要組成部分，是上部荷載傳遞到下部結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵節(jié)點。橫梁就好比人體結(jié)構(gòu)中的關(guān)節(jié)，肩負著上部結(jié)構(gòu)主體安全的重要使命。本文主要探析Midas中橫梁的計算流程及主要注意事項。

關(guān)鍵詞：Midas;現(xiàn)澆箱梁;橫梁

中圖分類號：U441 文獻標識碼：A

1 總體思路

在鋼筋混凝土和預應力橋梁混凝土橋中，橫梁對于加強結(jié)構(gòu)的橫向聯(lián)系，保證構(gòu)件的整體性起很大的作用，尤其是在車輛荷載和橋?qū)挷粩嘣龃蟮那闆r下，橫梁的正確受力分析和設計計算已成為整個設計中比較重要的一部分。

橫梁計算過程中，除了承受自己本身的荷載以外，最主要還是承受縱向傳遞的荷載，即縱向主梁所承受的荷載通過腹板、頂?shù)装逡约袅Φ男问絺鬟f到橫梁，然后通過支座傳遞到下部結(jié)構(gòu)中?？v向主梁傳遞荷載的方式主要有以下三種：等效重量法、等效剪力法、腹板剪力法。在采用上述三種方法對橫梁進行計算前，首先確定主梁在永久作用荷載時產(chǎn)生的此橫梁下支座反力Gz和橫梁模型的重量GL。

1.1 等效重量法

此方法假定：提高橫梁自重提高系數(shù)可以等效為箱梁對橫梁本身的外荷載。

實際就是橫梁計算模型的材料自重×[橫梁自重提高系數(shù)]的方式。

1.2 等效剪力法

此方法假定：箱梁是通過箱梁與橫梁模型的全部接觸面積上的剪力對橫梁進行加載。 確定橫梁模型的端部位置截面中每個高度變化位置距離左梁端距離和橫梁高度變化點位置的荷載轉(zhuǎn)化值。

1.3 腹板剪力法

此方法假定：箱梁是通過箱梁與橫梁模型的腹板接觸面積上的剪力對橫梁進行加載，忽略上下頂板、倒角對橫梁的作用。確定橫梁模型的端部位置截面中每個高度變化位置距離左梁端距離和橫梁高度變化點位置的荷載轉(zhuǎn)化值。

2 項目概況

本橋為30+40+25 m的現(xiàn)澆預應力混凝土主梁，變寬，橋面寬度為55.6 m～44.8 m，主梁高度為2.3 m，橋面橫坡為1.5%，底板水平。箱梁截面采用單箱八室，跨中段頂板厚度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，橫梁兩側(cè)縱向倒角長度為2 m，頂板加厚35 cm～60 cm，底板加厚20 cm～43 cm。端橫梁寬度為2 m，中橫梁寬度為4 m。

本項目縱梁的計算采用梁格的方式劃分截面來進行計算，其縱梁劃分為9片縱梁，采用上下對齊的方式進行劃分，強制移軸，保證每片縱梁的抗彎慣性矩不變。

3 橫梁計算

3.1 橫梁模型

根據(jù)箱形截面梁的受力機理，橫梁計算模型一般有兩種方式：一是按照矩形截面梁進行計算;二是考慮箱梁翼緣的有效寬度，采用工字形截面進行計算。

《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG 3362-2018）中4.3.4條給出了箱形截面梁在腹板兩側(cè)上、下翼緣的有效寬度的計算方法。橫梁的計算，個人認為也應該考慮橫梁兩側(cè)頂?shù)装逵行挾确植嫉膯栴}，其原理與T形截面梁一樣。箱形截面梁翼緣有效寬度，目前比較通用的是《德國規(guī)范DN1075》推薦的方法。這個方法已為《德國鋼橋設計規(guī)范DNI073》、《美國規(guī)范 AASHTO LRFD》所采用?！读簶颉返谄哒乱步榻B了這個方法。本次也采用這個方法。

通過對規(guī)范的探究以及工程實例的分析，本次橫梁計算采用工字形截面進行分析。橫梁兩側(cè)頂?shù)装彘L度取值為6倍的頂板厚度即150 cm。

3.2 橫梁荷載

3.2.1 恒載

本次橫梁計算采用腹板剪力法，即將縱向傳遞的荷載都加載到橫梁兩側(cè)所對應腹板的位置上，按照均布荷載的方式進行加載。其中縱向傳遞剪力荷載的關(guān)鍵值在于荷載的選取，通過查閱相關(guān)資料，部分認為只考慮縱向恒載傳遞的剪力，不考慮縱向溫度、沉降等荷載傳遞到橫梁處的剪力值;個人認為，橫梁作為橋梁上下部結(jié)構(gòu)銜接的關(guān)鍵位置，整體溫度、梯度溫度、沉降等次內(nèi)力均應考慮。

3.2.2 活載

橫梁計算時活載的計算按照從縱梁中提取一個車道在橫梁處產(chǎn)生的支反力，作為橫向活載加載的軸重。從中提取的單車道支反力需要扣除縱梁計算時所考慮的相關(guān)系數(shù)，如：縱向折減系數(shù)、橫向折減系數(shù)、偏載增大系數(shù)、沖擊系數(shù)等。

參考Midas橫向計算的相關(guān)資料，其橫向活載值的計算需要考慮以下要素：

①當采用梁單元進行橫向分析時，車輪荷載的作用效應與車輪荷載（行車向）分布寬度和（梁段）縱向?qū)挾扔嘘P(guān)，等效荷載=（P/分布寬度）×縱向?qū)挾?（即車輪荷載×梁段長度/車輪荷載行車向分布長度）。

②對應于程序的橫向車道線定義時參數(shù)輸入：

比例系數(shù)：車輪荷載傳遞到板上的縱向分布寬度a的倒數(shù)。

③移動車輛定義時參數(shù)輸入：

車輪荷載：按單軸計算時，輸入軸重的一半;按全車計算時，輸入全車重量的一半;

分布寬度（縱向分布寬度a）：定義了比例系數(shù)后，此處的分布寬度輸入值為1;

縱向?qū)挾龋憾螌挾龋簷M向框架梁的梁段長度，即該梁段在整體橋梁模型中的長度，通常取1 m梁段（也可按需取值）;

最多車道數(shù)：該橫向分析模型上可能作用的最多車道數(shù)。

3.2.3 其他

除了上述中提及的恒載和活載，部分資料認為還應該考慮橫梁分析時的溫度，包括整體溫度和梯度溫度，本人認為可以不用考慮。橫梁作為縱梁的一部分，其在溫度作用下的變形是跟隨縱梁而變化的，而非橫向變形。

4 結(jié)論

通過對此橫梁模型的計算分析并與縱向梁格模型中整體計算結(jié)果的對比分析，針對這種結(jié)構(gòu)的橫梁計算模型，其計算結(jié)果與縱向計算模型較為接近。

參考文獻：

[1]JTG 3362-2018 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2018.

[2]JTG D60-2015 公路橋涵設計通用規(guī)范[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.

[3]劉效堯，徐岳.梁橋[M].北京：人民交通出版社，2011.

[4]項海帆.高等橋梁結(jié)構(gòu)理論[M].北京：人民交通出版社，2001.