斜交连续小箱梁桥横向分布系数的研究

孙全胜 程 雨

(东北林业大学，黑龙江 哈尔滨 150040)

斜交连续小箱梁桥横向分布系数的研究

孙全胜 程 雨

(东北林业大学，黑龙江 哈尔滨 150040)

为了探究斜交连续梁桥在荷载作用下的受力特性，主要研究了8种不同斜交角度的斜交连续梁桥横向分布系数的变化规律，通过桥梁静载试验与有限元模型的对比，验证了模型所提数据能够正确反映出实际桥梁的受力特性。

斜桥，多箱式连续小箱梁桥，横向分布系数，试验研究

在桥梁修建过程中，斜桥在桥涵设计中的比重逐渐增大[1]。斜桥与直桥相比，其结构受力要复杂得多[2]。对于斜桥的横向分布的研究，主要针对的是简支斜梁桥的分析上，因此有必要对斜交连续小箱梁桥在荷载作用下的横向分布规律进行研究。

1 理论分析

1.1 传统计算方法

由各种梁系结构组成的梁式桥，是一个空间结构，为了简化设计计算的过程，常常需要将复杂的空间问题转换成简单的平面问题来分析，这种理论称为荷载横向分布理论[3]。斜桥横向分布系数的计算方法主要有梁系理论[4]、模态参数法[5]、板理论及数值方法[6]等。

1.2 有限元分析方法

在每跨桥梁的跨中截面间隔1.5 m设置一个点，四片梁共设置9个测点，见图1。在每个点位上单独加载即可得到一系列的荷载影响线。由得到的各梁跨中截面位移效应按式(1)计算荷载横向分布影响线，从而计算得出对应的荷载横向分布系数。

(1)

其中，ηi为i号梁的影响线坐标值；dyi为当作用力作用于跨中任意位置时，第i号梁的跨中挠度。

2 有限元模型建立

本文所建桥梁模型上部结构采用四片梁，五跨跨径均为40 m。梁截面采用交通部箱梁参考图。在跨中用集中荷载的方式模拟三辆49 t加载车。在建模时，把铺装层以及在桥面两侧的防撞栏均按二期恒载的形式进行加载。全桥采用等截面进行建模[7]。将桥梁的虚拟横梁分为一字形和二字形[8]，如图2所示。

3 计算结果分析

本文建立了四梁式五跨连续梁桥实体模型，分为0°,10°,20°,30°,40°,45°,50°,60°共计八个实体模型。

根据对称作用可知，只选取了第一跨、第二跨、第三跨作为分析对象。考虑到边梁和中梁截面的空间结构不同，在横向选取了边梁和中梁作为研究对象[9]。

第一跨、第二跨、第三跨的边梁的横向分布影响线如图3～图5所示。

由图3～图5可知：1)同一跨不同斜交角度的横向分布系数随着斜交角度的增大而逐渐减小。2)同一斜交角度不同跨的横向分布系数变化规律：从第一跨到第三跨，横向分布系数呈递减趋势，但是不同跨横向分布系数的变化趋势相同。因此在实际工程中，边跨边梁的设计应引起足够的重视。

第一跨、第二跨、第三跨的中梁的横向分布影响线见图6～图8。

由图6～图8可知：1)三跨中梁的横向分布系数均随着斜交角度的增大而减小。2)从相同斜交角度，不同跨的横向分布系数来看，从第一跨到第三跨的横向分布系数的最大值逐渐减小，并且中梁横向分布系数普遍小于边梁的横向分布系数。3)随着斜交角度的增大，不同跨中梁横向分布系数的最大值位置逐渐向3号作用点偏移。

4 静载试验

哈肇公路鹤岗至名山段扩建工程A15标段K21+998公铁立交桥，为5×40 m预应力混凝土连续箱梁桥。该桥为斜交桥，斜交角为30°。

本节分别在桥梁的第一、二、三跨的跨中部分，进行桥梁静载试验，并与有限元模型求得的结果进行对比。加载车位置如图9所示。

各跨跨中小箱梁梁底微应变理论值，如图10～图12所示。

由图10～图12可知：1)从第一跨到第三跨，微应变的离散程度越来越小，且第一跨的微应变是最大的。2)梁底微应变实测值的变化趋势和有限元模型分析结果一致。3)三跨跨中主梁梁底微应变实测值均小于有限元模型计算值，有限元模型的误差值在0%～6.67%。

5 结语

1)对于边梁来说，随着桥梁斜交角度的逐渐增大，跨中的横向分布系数逐渐减小；对于相同斜交角度，不同跨的边梁来说，从第一跨到第三跨，荷载横向分布系数逐渐减小，由此可知，在斜交连续梁桥的设计过程中，应注意边跨预截面内钢束的布置。

2)对于中梁来说，随着斜交角度的增大，跨中横向分布系数逐渐减小；从第一跨到中间跨，虽然荷载的横向分布系数逐渐减少，但是横向分布系数的最大值向桥梁的钝角方向偏移，因此，实际工程的设计中，应充分考虑斜交角度对主梁弯矩和扭矩的耦合作用，使设计在具有足够安全系数的前提下更加经济。

3)根据桥梁静载试验可得：模型计算结果均大于实测的梁底微应变，误差值在0%～6.67%之间，偏于安全的角度考虑，有限元模型可以满足要求。

[1] 杨美良,石恩崇.先简支后连续斜交小箱梁桥荷载横向分布研究[J].中外公路,2014(5):142-146.

[2] 王君君.预制装配式连续小箱梁桥横向分布计算方法的研究分析[D].西安：长安大学,2008.

[3] 范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社,2001.

[4] 宋建永,张浩阳,张树仁.公路桥梁荷载横向分布系数简化计算[J].东北公路,2003(4):77-79.

[5] 刘 华,叶见曙,俞 博,等.桥梁荷载横向分布系数计算方法[J].交通运输工程学报,2009(1):62-66.

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[7] 李国豪.斜交结构的斜梁桥的荷载横向分布分析[J].同济大学学报(自然科学版),1994(4):395-400.

[8] 冯文焕,苏巨峰.梁格法分析小箱梁桥虚拟横梁刚度模拟[J].山西建筑,2013，39(10):148-149.

[9] 郭守儆.中、小跨径带翼小箱梁横向受力分布研究[D].成都：西南交通大学,2007.

Study on horizontal distribution coefficient of skew continuous small-box-beam bridge

Sun Quansheng Cheng Yu

(NortheastUniversityofForestry,Harbin150040,China)

In order to studying the stress characteristics of skew continuous small-box-beam bridge under the load, the paper mainly studies horizontal distribution coefficient altering law of skew continuous beam bridge under 8 different skew angles. Through comparing static bridge load to finite element model, it testifies that: the data provided with the model correctly reflect the actual bridge stress properties.

skew bridge, multiple-box continuous small-box-beam bridge, horizontal distribution coefficient, experimental research

2015-01-19

孙全胜(1968- )，男，博士后，博士生导师，教授； 程 雨(1990- )，男，在读硕士

1009-6825(2015)10-0155-03

U441

A