预制装配式连续小箱梁桥横向分布系数计算分析

・２６・　北　方　交　通　２０１２　预制装配式连续小箱粱桥　横向分布系数计算分析　王君君　，魏炜　，张涛　（１．赤峰市公路管理处，赤峰０２４３００；２．长安大学，西安７１００５４；３．呼伦贝尔市公路管理局，呼伦贝尔０２１０００）　摘要：通过空间有限元法分析预制装配式连续小箱梁桥的活载效应，与各类荷载横向分布方法的计算结果　进行对比分析。从而验证各类荷载横向分布方法的适用性和误差大小，据此提出了能够适用这类桥梁的横向分布　计算方法。并给出具体修正系数。　关键词：预制装配式连续小箱梁桥；荷载横向分布；等代简支板法；有限元　中图分类号：Ｕ４４２．５　２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７３—６０５２（２０１２）０１—００２６—０４　预制装配式小箱梁具有建筑高度低、主梁间距　大、混凝土用量小、结构经济、施工快速方便及适用　性广等优点，因而在城市与公路桥梁中得到广泛的　使用。预制装配式梁桥的多片主梁依靠横隔梁和桥　面板联成为空间整体结构，梁桥的受力特性应按空　（ａ）边梁跨中截面　（ｂ）中梁跨中截面　间结构的力学分析方法进行。　本文通过空间有限元法分析该类桥梁的活载效　图２截面横断面　应，与各类荷载横向分布方法的计算结果进行对比　跨数边梁和中梁跨中截面的换算抗弯刚度见表１。　分析，从而验证各类荷载横向分布方法的适用性和　表１　换算抗弯刚度表　误差大小。据此提出了能够适用这类桥梁的横向分　布计算方法，并给出具体修正系数，这将大大减轻设　计计算］：作量，为简化这类桥梁的活载效应分析模　式进行理论』－的探究。　１　计算模型　高速公路一般为双向四车道，上部结构采用四　梁式结构。本文所有算例上部结构均采用四梁式　３０ｍ简支转连续小箱梁，混凝土弹性模取３．５（１０ｍ　Ｐａ，泊松系数取０．２，其横断面全宽１２．７５ｍ，横断面　如图１所示，边梁和中梁截面如图２所示。　由于此桥横截面大部分是等截面，只有端部锚　１号粱　２号粱　３号粱　４号梁　固位置是变截面，其变化很小，故可以认为是等截　ｌ　卜部结构横断　面，抗扭刚度则无须换算。　根据＿已定好的箱梁结构尺寸，利用ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ　为了对比分析，以空间有限元为分析手段，对各　计算　俄丽特性，连续梁桥按文献［１］中“等代简支　组模型进行空间分析。计算模型用ＡＮＳＹＳ建立，采　板”法换算边梁和中梁跨中截面的抗弯刚度。不同　用ｓｏｌｉｄ４５实体单元。三跨连续梁桥模型有７３０３０　个节点、４３６０６个单元；四跨连续梁桥模型有１０１３７３　第１期　王君君等：预制装配式连续小箱梁桥横向分布系数计算分析　・２７・　图３三跨连续梁三维实体模型　（ａ）部分有限元模型　（ｂ）有限兀模型约束　图４有限元模型　个节点、６１８９４个单元；五跨连续梁桥模型有１３７１９２　个节点、７６７３４个单元。三跨连续梁三维实体模型　见图３（以下四跨和五跨连续梁三维实体模型略），　有限元模型见图４（ａ）（以下四跨和五跨皆同），模　型约束见图４（ｂ）（以下四跨和五跨皆同）。建立起　箱梁空间三维模型以后（考虑中梁和边梁截面的不　同），对其进行结构空间离散，先用四边形单元划分　截面，然后扫掠划分所有体，并且对离散后空间结构　进行整体编号，形成三维实体有限元。用ＡＮＳＹＳ实　体单元建立模型分析小箱梁桥跨中受力情况的时　候，小箱梁的约束方式选取比较自由，可以根据习惯　直接约束节点或用节点与杆单元及弹簧单元偶合自　由度来约束，进而简化操作　Ｊ。本论文模型均取直　接约束支座所在位置截面底板所有节点模拟板式橡　胶支座。　２　计算结果分析　以下以三跨连续梁三维实体模型为例进行计算　分析（四跨和五跨连续梁分析过程皆同）。集中荷　载Ｐ＝１００　ｋＮ分别在边跨和中跨的跨中沿桥横向移　动进行加载，作用位置如图５。荷载作用于边跨跨　中时边跨１号梁荷载横向分布影响线各荷载作用位　置处影响线竖标及与传统横向分布计算方法竖标见　表２。　载位　图５　荷载横㈣作用位置示意　表２　边跨１号梁荷载横向分布影响线竖标　荷载作用于边跨跨中时边跨２号梁荷载横向分　布影响线各荷载作用位置处影响线竖标及与传统横　向分布计算方法竖标见表３。　表３　边跨２号梁荷载横向分布影响线竖标　荷载作用于中跨跨中时中跨１号梁荷载横向分　布影响线各荷载作用位置处影响线竖标及与传统横　・２８・　北　方　交　通　２０１２　向分布计算方法竖标见表４。　表４　中跨１号梁荷载横向分布影响线竖标　＋空间模型—－・一修正刚性横梁法＋刚接梁法　铰接梁法　荷载作用于中跨跨中时中跨２号梁荷载横向分　布影响线在各荷载作用位置处影响线竖标及与传统　横向分布计算方法竖标见表５　表５　中跨２号梁荷载横向分布影响线竖标　斟　Ｏ　０　ＯＯ　ＯＯＯ　０　ＯＯＯ　Ｏ　＋空间模型＋修正剐性横梁法＋刚接梁法—　铰接梁法　（ｄ）中跨２号梁荷载横向分布影响线　图６荷载横向分布影响线　当两列车如图７（ａ）偏载作用时１号梁最不利，　由此计算１号梁跨中截面荷载横向分布系数；当两　列车如图７（ｂ）偏载作用时，２号梁最不利，由此计　算２号梁跨中截面荷载横向分布系数。各梁跨中截　面的荷载横向分布系数见表６、表７。　Ｐ＝１００ｋＮＰ＝ｌ０ＯｋＮＰ：１ＯＯｋＮ　Ｐ竺ｌＯＯｋＮ　根据表２、表３、表４、表５绘制边跨和中跨１号　梁和２号梁荷载横向分布影响线（３号梁和２号梁　对称，４号梁和１号梁对称），见图６。　横向位置　１　２　３　４　５　６　７　８　９　（ａ）１号梁最不利布载示意图　Ｐ＝１００ｋＮ　Ｐ＝１００ｋＮＰ＝１００ｋＮ　Ｐ＝１０ＯｋＮ　ｌ　０　（ｂ）２号梁最不利布载示意图　图７最不利布载示意图　修正刚性横梁法＋刚接梁法－＊－铰接梁法　＋空间模型＋计算三跨连续梁各梁荷载横向分布系数（４号　梁同２号梁，３号梁同１号梁），见表６、表７。　表６　边跨荷载横向分布系数　（ａ）边跨Ｉ号梁荷载横向分布影响线　横向位置　．．－空间模型—・一修正刚性横梁法＋刚接梁法—＊－铰接粱法　（ｂ）边跨２号梁荷载横向分布影响线　第１期　王君君等：预制装配式连续小箱梁桥横向分布系数计算分析　・２９・　计算四跨连续梁各梁荷载横向分布系数（４号　梁同２号梁，３号梁同１号梁），见表８、表９。　表８　边跨荷载横向分布系数　表９　中跨荷载横向分布系数　计算五跨连续梁各梁荷载横向分布系数（４号　梁同２号梁，３号梁同１号梁）。见表１０、表１１、表　１２。　表１０　边跨荷载横向分布系数　表１　１　第二跨荷载横向分布系数　表ｌ２　中跨荷载横向分布系数　比较四梁式三跨、四跨和五跨连续小箱梁桥的　计算结果，可知：　（１）均为１号边梁控制设计，连续梁跨中荷载　横向分布系数按刚接梁法计算误差最小。跨中荷载　横向分布影响线竖标值在１号梁位处大于修正刚性　横梁法、刚接梁法和铰接梁法计算的荷载横向分布　影响线竖标值，说明荷载越偏向１号梁，１号梁实际　承受的荷载就比横向分布计算值更偏大一些。　（２）随着跨数的增多，用刚接梁法计算跨中荷　载横向分布系数和ＡＮＳＹＳ计算结果比较吻合，１号　梁荷载横向分布系数也渐增，但增量不大，而且边　跨、中跨的荷载横向分布系数逐步趋于稳定。建议　三跨、四跨和五跨连续小箱梁桥跨中荷载横向分布　系数用刚接梁法计算，修正提高系数见表１３。　表ｌ３　汽车荷载横向分布系数　３　结论　本文用等代简支板法计算梁截面等代刚度，再　用各种传统的“荷载横向分布”方法计算连续箱梁　荷载横向分布系数，并用ＡＮＳＹＳ软件计算了三跨、　四跨和五跨连续小箱梁桥荷载横向分布系数。针对　预制装配式连续小箱梁桥的各种传统的“荷载横向　分布”计算方法的适用性及其精确性问题进行了深　入讨论，得到了以下结论：　（１）连续梁跨中荷载横向分布系数宜用刚接梁　法计算，边梁应提高约１０％，中梁应提高约２％。　（２）随着跨数的增加，跨中横向分布系数逐渐　增大，且逐步趋于稳定。　参考文献　［１］徐光辉，胡明义．公路桥涵设计手册梁桥（上册）［Ｍ］．北京：人民　交通出版社，１９９６：４７—５０．　［２］赵兴中．预制装配式小箱梁桥横向分布计算方法的研究分析　『Ｄ］．西安：长安大学．２００７：５７．　・３０・　北　方　交　通　２０１２　钢筋混凝土系杆拱桥吊杆专项　检查及病害成因分析　秦伟航　，刘（１．交通运输部公路科学研究院，北京军　１１０００５）　１０００８８；２．辽宁省交通：￡程质量与安全监督局，沈阳摘要：在下承式钢筋混凝土系杆拱桥常规检查时，发现下锚头封锚混凝土有锈迹渗出，查明吊杆构件锈蚀现　状，分析了钢丝的锈蚀原因，对吊杆的更换提供了可靠的依据。　关键词：系杆拱桥；锚箱；吊杆；锈蚀　中图分类号：Ｕ４４８．２２　５　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７３—６０５２（２０１２）Ｏ１—００３０—０３　１　概述　行评价，防止事故发生，确保车辆、行人安全，对吊杆　及上、下锚头进行锈蚀检查，分析锈蚀现状，为吊杆　维修及更换提供科学依据。　２２．１新华大桥是杭中线航道改造工程的一部分，主　桥上部为下承式预应力混凝土系杆拱桥，拱肋轴线　为Ｙ：４ｆｘ／Ｌ一４ｆｘ　／ＩＪ２二次抛物线，计算跨径为７５．　６ｍ，计算矢高１５．１２ｍ，矢跨比为１：５，系杆、拱肋端　部结点整体预制，中部系杆分五段预制，拱肋分五段　预制，用现浇接头形成整体；系杆之间横梁、行车道　形成桥面体系，两拱肋之问设风撑；下部为双柱式墩　台，基础８　】２０钢筋混凝土钻孔灌注桩，支座采用　ＧＰＺ６０００盆式橡胶支座。　该桥于１９９９年竣工通车，目前已运营十二年，　各吊杆表层ＰＥ防护套均老化扦裂，多数吊杆下锚　头封锚混凝土位置存在锈水渗出痕迹。为掌握吊杆　钢丝在各断面的锈蚀状况，对全桥吊杆的安全性进　、．／　／　、！／　、　一　／　，．＼竹　＼　，；　检查方法　上锚头　在拱肋位置搭设拱肋检测平台，工作人员在检　测平台上采用锤子、铁钎等工具将上锚头封锚混凝　土凿开对锚头进行检查，现场检查情况如图１所示。　２．２　吊杆　采用路灯检测车升至一定高度对上下游１７对　吊杆上锚头逐一进行详细检查，现场检查情况如图　２所示。　２．３下锚头　桥梁跨越京杭运河，桥下过往船只较多，采用在　Ｓｔｕｄｙ　Ｏｉｌ　ｔｈｅ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｌｏａｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｐｒｅｃａｓｔ　Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　Ｇｉｒｄｅｒ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ｇｉｓｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｏａｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｐｒｅｃａｓｔ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｇｉｒｄｅｒ　ｂｒｉｄｇｅｓ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｓｉｍｐｌｅ　ｂｅａｍ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｒｉｇｉｄｉｔｙ　ｌａｗ　ｂａｓｉｃ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｒｅｖｉｓｉｏｎ　ｒｉｇｉｄ　ｃｒｏｓｓｂｅａｍ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｔｈｅ　ｈｉｎｇｅｄ　ｇｉｒｄｅｒ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｔｈｅ　ｒｉｇｉｄ　ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｇｉｒｄｅｒ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅ　ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｏａｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｐｒｅｃａｓｔ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｇｉｒｄｅｒ　ｂｒｉｄｇｅｓ，ｔｈｅｎ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｃｏｎｔｒａｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｌｏａｄ　ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｐａｃｅ　ｉｆｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｒｒｏｒ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｌｏａｄ　ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃｏｎｔｒａｓｔ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｐａｃｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　Ｉｌｌｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ　ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｌｏａｄ　ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｃａｌｃｕ—　ｌａｌ　ｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｔｈｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｐｔ’ｃｏａｓｔ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｇｉｒｄｅｒ　ｂｒｉｄｇｅｓ；Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｏａｄ；Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｓｉｍｐｌｅ　ｂｅａｍ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｒｉｇｉｄｉｔｙ　ｌａｗ　ｂａｓｉｃ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ；Ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ