单梁模型在宽箱梁计算中的缺陷

杨 渊

(贵州智恒工程勘察设计咨询有限公司，贵州 贵阳 550000)

1 单梁模型的特点

对宽箱梁进行设计时，采用单梁模型的设计思路一般是将整个箱梁的荷载效应进行均分，直接认为箱梁的每道腹板承担相同的荷载，忽略了荷载在箱梁横向分配的问题。

2 梁格模型解决的问题

对于较宽的现浇箱梁，容易忽视结构横向存在的不均匀弯曲，导致箱梁某些部位结果失真，存在承载能力不足的安全隐患。梁格模型能够解决宽箱梁横向弯曲不均匀的问题，并能够反应荷载作用下引起的剪力滞效应和偏载作用下各道腹板的荷载横向分配问题，为较准确的分析结构提供了一种有效的方法。

2.1 两种模型的计算

现分别对梁格模型及单梁模型进行荷载效应分析，选用跨径为45 m预应力混凝土简支箱梁结构进行计算。结构参数选取为：箱梁高为2.5 m，箱梁全宽15.5 m，截面采用单箱三室，共计四道腹板，其中两道边腹板及两道中腹板，腹板厚度均采用50 cm。荷载参数选取为：汽车荷载采用公路Ⅰ级，考虑偏载；人群荷载采用3.0 KN/m2。

(1)梁格模型计算

箱梁结构尺寸及材料类别与实际箱梁一致。其模型按照梁格法的要求对箱梁的纵、横向进行单元划分，其中截面横向采用稀疏划分，划分截面宽度由B1、B2、B3、B4组成如图1。

图1 采用稀疏划分的箱梁截面

现通过有限元计算软件对箱梁建立梁格模型进行分析，箱梁纵、横向刚度均按实际直接采用或换算后采用。箱梁在恒载及活荷载作用下，其弯矩效应图2所示。

根据计算结果可以得出，在荷载横向分配下，横向划分的每道腹板承受的弯矩效应是不同的。在承载能力基本组合下，箱梁最不利位置为边腹板跨中截面处，其边腹板最大弯矩设计值为γmmax=41 692.4 KN·m，构件承载能力设计值为R=53 941.1 KN·m，边腹板的最小抗弯安全系数为：1.29。箱梁中腹板跨中截面最大弯矩设计值为γmmax=32 781.5 KN·m，构件承载能力设计值为R=51 273.3 KN·m。中腹板的最小抗弯安全系数为：1.56。

(2)单梁模型计算

在与梁格模型同等荷载条件下，不对箱梁截面横向划分，仅对箱梁的纵向进行有限元划分单元，采用单梁模型对结构进行荷载效应分析，其弯矩效应如图3所示。

图3 纵梁弯矩效应图

在承载能力基本组合下，箱梁最不利位置跨中最大弯矩设计值为γmmax=155 385.3 KN·m，构件

承载能力设计值为R=219 061.2 KN·m。结构的最小抗弯安全系数为：1.41。

2.2 不同计算模型的结果对比

根据梁格模型与单梁模型在同等荷载条件下的荷载效应得出，单梁模型的安全储备较梁格模型边腹板偏高，较中腹板偏低。其计算结果对比如图4所示。

图4 安全系数对比图

3 结 论

在计算较宽现浇箱梁时，由于荷载在箱梁横向分配的不均匀性，使箱梁沿横向的弯矩效应在不同的位置会有差异。简单按照单梁模型进行计算，会造成箱梁的边腹板位置可能存在承载力不足，也可能在中腹板位置承载力过高，不能如实体现弯矩效应，导致结果失真。故采用梁格的方法建模比单梁模型更接近宽箱梁的实际受力情况。