小議簡支梁橋主梁及橫隔梁內(nèi)力計(jì)算分析

1、小議簡支梁橋主梁及橫隔梁內(nèi)力計(jì)算分析 摘 要：結(jié)合橋梁設(shè)計(jì)工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)論述了簡支梁橋主梁及橫隔梁內(nèi)力計(jì)算，設(shè)計(jì)一座橋梁首先要重視總體方案、橋型及布置得合理性。上部結(jié)構(gòu)的跨徑及構(gòu)造形式等技術(shù)指標(biāo)被確定后，就要進(jìn)行各部件的詳細(xì)計(jì)算。從簡支梁橋的受力情況和材料的用量來看，主梁是最主要的跨越構(gòu)件，橫梁只是起分布荷載的作用，大部分都在主梁的設(shè)計(jì)上而對于橫梁，只是在給定的尺寸下，進(jìn)行配筋和應(yīng)力驗(yàn)算其目的在于為今后類似工程提供設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等參考資料。 關(guān)鍵詞：橋梁工程 簡支梁 橫隔梁 設(shè)計(jì) 內(nèi)力 計(jì)算 分析 中圖分類號：u448.21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 文章編號：1674-098x（2012）12（b）-

2、0-01 主梁的設(shè)計(jì)內(nèi)力包括恒載內(nèi)力、活載內(nèi)力和其他作用引起的內(nèi)力。橋梁設(shè)計(jì)內(nèi)力中恒載的計(jì)算比較簡單，通?？梢越频貙蛎驿佈b、人行道、欄桿等重量分?jǐn)偨o各片主梁來承擔(dān)，按平面問題計(jì)算各片主梁的內(nèi)力。梁橋由承重結(jié)構(gòu)主梁及傳力結(jié)構(gòu)橫隔梁、橋面板等兩大部分組成，多片主梁依靠橫隔梁和橋面板聯(lián)成空間整體結(jié)構(gòu)，當(dāng)橋上作用荷載時(shí)，各片主梁將共同參與工作，考慮到活載的作用具有空間性，它們的受力特征屬于空間結(jié)構(gòu)的范疇，求解結(jié)構(gòu)的內(nèi)力是屬于空間計(jì)算理論問題。應(yīng)該空間計(jì)算理論并借助相關(guān)的橋梁結(jié)構(gòu)分析軟件，由計(jì)算機(jī)分析計(jì)算可得到結(jié)構(gòu)上任一點(diǎn)的內(nèi)力或撓度。由于空間結(jié)構(gòu)分析計(jì)算量相對于平面結(jié)構(gòu)要大得多，為了簡化計(jì)算，也便

3、于手算，通常采用下述實(shí)用空間計(jì)算方法，將復(fù)雜的空間問題合理轉(zhuǎn)化成簡單的平面問題來求解主梁的內(nèi)力或撓度。 1 主梁內(nèi)力的計(jì)算分析 對于跨徑在10 m以內(nèi)的簡支梁，通常只需要計(jì)算跨中截面的最大彎矩、剪力和支點(diǎn)截面的剪力；跨中與支點(diǎn)之間各截面的剪力可以近似地按直線規(guī)律變化，彎矩可假設(shè)按二次拋物線規(guī)律變化。對于較大跨徑的簡支梁，一般還應(yīng)計(jì)算1/4跨徑截面的彎矩和剪力。如果主梁沿橋的軸線方向截面有變化，如梁肋寬度或梁的高度變化，則還應(yīng)計(jì)算變化處截面的內(nèi)力。在計(jì)算截面內(nèi)力后，就可按鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土的計(jì)算原則，進(jìn)行主梁各截面的配筋設(shè)計(jì)和驗(yàn)算。 （1）恒載內(nèi)力計(jì)算：為了按各種極限狀態(tài)來設(shè)計(jì)鋼筋混凝土及

4、預(yù)應(yīng)力混凝土梁，就需要確定主梁沿橋跨方向各個(gè)截面的計(jì)算內(nèi)力，就是將各類荷載引起的最不利內(nèi)力乘以相應(yīng)的荷載安全系數(shù)后，按規(guī)定的荷載組合而得到的內(nèi)力值。鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的恒載，一般情況占60%70%，梁的跨徑愈大，恒載所占的比重也愈大。在計(jì)算恒載內(nèi)力時(shí)，往往將橫梁、鋪裝層、人行道和欄桿等重力均勻攤給各主梁承受。因此，對于等截面梁橋的主梁，其恒載可按簡單的均布荷載進(jìn)行計(jì)算。為了更精確起見，也可根據(jù)施工安裝的情況，分階段、按荷載橫向分布的規(guī)律進(jìn)行分配計(jì)算。 （2）活載內(nèi)力計(jì)算：公路橋梁的活載計(jì)算，主要包括汽車荷載、人群荷載等幾部分，活載內(nèi)力計(jì)算采用直接布載的方法計(jì)算。當(dāng)橋梁為多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)時(shí)

5、，整個(gè)結(jié)構(gòu)應(yīng)按其最大計(jì)算跨徑的縱向折減系數(shù)進(jìn)行折減。 （3）主梁內(nèi)力組合：結(jié)構(gòu)在恒載作用下，其反力和內(nèi)力是不變的，但在活載的作用下，結(jié)構(gòu)的反力和內(nèi)力都將隨著荷載位置的移動(dòng)而變化。為了求得結(jié)構(gòu)的反力及內(nèi)力的最大值，就必須研究活載移動(dòng)時(shí)反力和內(nèi)力的變化規(guī)律，這必然就應(yīng)引入影響線的概念。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，按所需驗(yàn)算的截面，依據(jù)內(nèi)力包絡(luò)圖得到該截面相應(yīng)的量值，根據(jù)橋梁現(xiàn)行規(guī)定進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)算。對于小跨徑的簡單結(jié)構(gòu)，所需要計(jì)算的截面較少，也不必要繪制內(nèi)力包絡(luò)圖，直接利用荷載組合值進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。 2 橫隔梁內(nèi)力計(jì)算分析 在設(shè)有橫隔梁的鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋中，為了保證各主梁共同麥力和加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，橫隔

6、梁本身或其裝配接頭必須具有足夠的可靠性。特別是在橋梁擴(kuò)寬和車輛荷載的時(shí)候，橫隔梁的正確受力分析和設(shè)計(jì)計(jì)算在橋梁設(shè)計(jì)中十分重要?？v橫向的主梁和橫隔梁共同組成橋梁空間梁格結(jié)構(gòu)，要想精確地分析橫隔梁的受力，是十分復(fù)雜且困難的事情。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，可結(jié)合主梁橫向分布計(jì)算的原理，采用簡化的實(shí)用近似計(jì)算方法，如偏心壓力法、比擬正交異性板法等。橫隔梁和主梁實(shí)際上是不可分割的整體，橫隔梁所承受的荷載大小與主梁的荷載橫向分布有直接的關(guān)系。所以，嚴(yán)格來講，橫隔梁的內(nèi)力計(jì)算方法應(yīng)與相應(yīng)的主梁計(jì)算方法一致。由于偏心壓力法計(jì)算比較簡單，精度也能滿足要求，得到廣泛的應(yīng)用。 （1）偏心壓力法計(jì)算橫隔梁內(nèi)力：當(dāng)橋梁的寬跨比

7、小于或接近0.5時(shí)，橫隔梁的變形相對于縱向主梁變形是微不足道的，這種情況下橫隔梁的剛度較大而主梁的剛度較弱，因此，橋梁中的橫隔梁便可近似地視作為用偏心壓力法計(jì)算橫隔梁內(nèi)力，其力學(xué)模型是將中橫隔梁近似地視作豎向支撐在多根彈性主梁上的多跨彈性支撐連續(xù)梁，鑒于各主梁的荷載橫向影響線，也即為彈性支撐力影響線在主梁計(jì)算中已經(jīng)求得，所以連續(xù)梁可以簡單地用靜力平衡條件來進(jìn)行求解。對于具有很多根內(nèi)橫梁的橋梁，由于位于跨中的橫梁受力最大，通常只要計(jì)算跨中橫隔梁的內(nèi)力，其他橫隔梁可以偏安全地依此進(jìn)行設(shè)計(jì)。繪制內(nèi)力影響線時(shí)只需要標(biāo)出幾個(gè)控制點(diǎn)的豎坐標(biāo)值。對于非直接作用于橫隔梁上的荷載，在計(jì)算內(nèi)力時(shí)實(shí)際上應(yīng)考慮間接傳

8、力的影響。梁之間區(qū)段應(yīng)取虛線之值。但鑒于計(jì)算中主要荷載作用于橫隔梁上，為了簡化計(jì)算，仍可偏安全地忽略間接傳力的影響。作用在橫梁上的計(jì)算荷載汽車荷載的作用下，橫隔梁的計(jì)算采用車輛荷載加載。 （2）橫隔梁的內(nèi)力計(jì)算：將計(jì)算荷載在橫隔梁某截面的內(nèi)力影響線上按最不利位置加載，就可求得橫隔梁在該截面上的最大（最小）內(nèi)力值。在計(jì)算中對于汽車荷載應(yīng)計(jì)入沖擊作用，并按實(shí)際情況計(jì)入車道折減系數(shù)。由于橫隔梁的恒載內(nèi)力相對比較小，在設(shè)計(jì)中一般略去不計(jì)。在求得橫隔梁的內(nèi)力后，就可按鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算原理來配置配筋，并進(jìn)行承載能力計(jì)算和其他驗(yàn)算。對于橫隔梁用焊接鋼板接頭連接的裝配式t形梁橋，應(yīng)根據(jù)接頭處的最大彎矩值來確定所需鋼板尺寸及焊縫 長度。 3 結(jié)語 通常在施工前設(shè)計(jì)時(shí)，總是先根據(jù)使用要求、跨徑大小、橋面凈寬、荷載等級、施工條件等基本資料，運(yùn)用對結(jié)構(gòu)物的構(gòu)造知識并參考已有橋梁的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來擬定結(jié)構(gòu)物各部件的截面形式和細(xì)部尺寸，估算結(jié)構(gòu)的自重，然后根據(jù)作用在結(jié)構(gòu)上的荷載，用熟知的數(shù)學(xué)、力學(xué)方法計(jì)算