李金龙等：斜交角对单跨小箱梁桥受力特性的影响 １０３ ＤＯＩ：１０．１３９０５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｄｗｊｚ，２０１６．０５．０３７ 斜交角对单跨小箱梁桥受力特性的影响 李金龙，逯宗典 （中交第二公路勘察设计研究院有限公司， 武汉４３００５６） 【摘要】 以某高速公路项目３Ｏ米跨径小箱梁桥为依托，利用Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ有限元分析软件对该跨径不同斜 交角度单跨小箱梁桥的受力特性进行分析，得出钝角区支点反力随着斜度的增大而增大，锐角区支点反力随着斜 度的增大而减小；最大弯矩随斜度的增大而减小的规律。为装配式单跨斜支承小箱梁桥的设计与研究提供参考。 【关键词】Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ；梁格法；斜交角；小箱梁 【中图分类号】ＴＵ３７５．１ 【文献标识码】Ｂ 【文章编号】 １００１—６８６４（２０１６ Ｊ０５—０１０３—０３ 随着我国高速公路建设的飞速发展，从建设里程 到建设质量都有了极大的飞跃。在此其中路线方案的 多样化、跨越条件的复杂程度决定了在一些受的 条件中单跨斜支撑小箱的应用。它与高速公路中常用 式中，卵 表示单位荷载作用在第ｋ片梁上时，第ｉ 片梁荷载横向分布影响线的竖标值。并在影响线上按 照ＪＴＧ Ｄ６０—２００４（公路桥涵设计通用规范》规范要求 确定汽车荷载的最不利位置，求得各梁的横向分布系 数 。 的装配式Ｔ型梁桥相比具有建筑高度低、外形美观等 优点。但由于其弯扭刚度比较小，当桥梁斜交跨越障 碍物时在外荷载作用下会产生较强的弯扭耦合效应。 在此种情况下装配式结构中经常采用的通过横向分 ２．２ 修正偏心压力法校核荷载横向分布系数 为了检验模型横向模拟的准确性，通过手算横向 分布系数与有限元求解值进行对比。本桥计算跨径为ｚ ：２９．３６ｍ，桥宽Ｂ＝１２ｍ，沿桥纵向有三道中横隔梁、 布系数来简化空间结构的设计方法便无法准确的反 映出各片梁的实际受力情况，使得此类桥梁的设计变 得繁琐和模糊。因此有必要对斜交情况下小箱梁桥的 受力特性加以分析。 １ 工程概况 两道端横隔梁，横向刚度较大，采用偏心压力法计算横 向分布系数。为保证计算结果更贴近实际情况，考虑 抗扭修正系数 值对计算结果的影响 。 通过修正偏心压力法与有限元分析法求得１～４ 本文依托于某高速公路项目３０ｍ跨径的小箱梁 桥。该桥为整体式路基双幅桥，路基宽度为２４．５ｍ，单 幅桥桥梁横断面组成为０．５ｍ（墙式护栏）＋１１．０ｍ（桥 面净宽）＋０．５ｍ（墙式护栏）＝１２．０ｍ，由四片主梁组 成，间距为２．９ｍ。 ２有限元模型合理性分析 号梁的横向分布系数，计算结果对比如表１所示。 表１ 横向分布系数对比 装配式梁桥属于空间结构，分析其整体受力特性 的重点在于结构横向受力情况的模拟。对于正交装配 式单跨桥，利用横向分布系数来横向分配荷载符合实 际结构的受力特点。通过梁格法建立空间模型计算横 向分布系数，并以经典算法手算作为校核以验证有限 由表１可以看出，有限元模型计算值与手算值误 差极小，通过Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ梁格法按此原则模拟小箱梁 元模型对结构空间受力情况模拟的正确性。 ２．１ 有限元建模求荷载横向分布系数 桥较好地反映了实际结构的空间受力情况。 ３斜交角度对单跨小箱桥梁受力特性的影响 利用Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ有限元分析软件建立上构模型， 采用梁单元模拟桥梁上部结构，以不计重量并考虑实 际截面特性的虚拟梁格模拟横向联系，在实际位置设 置中横隔板和端横隔板。在每片梁跨中施加单位力， ３．１分析模型的建立 利用Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ有限元分析软件，按照上述原则 分别建立斜度为０。、１５。、３０。、４５。的梁格模型。考虑结 构实际受力情况，对于１５。模型横向联系的模拟采用 斜交梁格；３０。和４５。模型采用正交梁格。二期荷载包 括主梁上部８ｃｍ桥面现浇层和１０ｃｍ沥青混凝土桥面 求得各梁在单位力作用下的跨中挠度，并通过式（１） 求得每片梁的横向分布影响线。 叼＊ —乒 — ：（Ｌ １ｌ ） ∑ 铺装以及两侧护栏的重量。按照规范要求布置车道荷 载 。对于计算结果选取恒载（自重＋二期）作用及 １０４ 低温建筑技术 ２０ｌ６年第５期（总第２１５期） 承载能力极限状态组合下的结构内力值作为分析数 值。对各片梁及支点作以下编号，如图１所示。 着重要的意义。随着斜交角度的变化在恒载及承载能 力极限状态组合下各支点反力如图２～图５所示。 由于斜交角度的影响，每片主梁翼板中缝在荷载 ｚ 《似 作用下产生的横向弯矩及竖向剪力呈非对称分布，导 致各支点反力分布不均 。由图２～图５可以看出， 随着斜度的增大，锐角处梁端的支反点力逐渐减小，钝 角处梁端的支点反力逐渐增大。其中斜度为１５。、 图１有限元分析模型中梁体及支点编号 ３０。、４５。的锐角梁端支点反力分别约为０。对应位置处 支点反力的０．８５、０．６９、０．５９倍。斜度为１５。、３０。、４５。 ３．２斜交角度对支点反力的影响 支点反力直接关系到下部结构的设计安全，正确 了解在各种工况下每片梁的支点反力对结构设计有 １ ４００ Ｚ 的钝角处梁端支点反力分别约为０。对应位置处支点 反力的１．１６、１．３２、１．４３倍。 暑·１ ２０ｏ ０ｏＯ ８０ｏ Ｚ 迥 ｊ鹫 莲 ｌ ２ ３ ４ －Ｒ 堪 ６０ｏ 柏０ ２ｏＯ Ｏ 《 支点编号 支点编号 支点编号 图４承载能力极限状态１＊－４＂支点反力图 图２恒载作用下ｌ 一４·支点反力图 图３恒载作用下 罐＊支点反力图 由此可以看出，当斜度为ｌ５。时，锐角和钝角的支 点反力变化在１５％左右。当斜度逐渐增大，锐角区支 反力的减小值已不能忽视。在设计此类桥梁时应注意 必要时设置抗拉支座，以防止锐角区域出现负反力。 ３．３斜交角度对最大弯矩的影响 束的配置等具有决定性作用。因而正确掌握在不同斜 交角度时各片主梁弯矩的变化对结构优化设计以及 节约造价有着重要意义。随着斜度的变化在恒载作用 下及承载能力极限状态荷载组合下各梁体最大弯矩 值的变化如图６～图７所示。 弯矩对上部结构截面尺寸的选取以及预应力钢 ６０（）ｏ ｇ ５０００ ４０００ １２０００ ｇ １００００ ３０００ 趔堇８００ｏ ６０００ ２０００ Ｏ 器２０００ １０００ ０ 嚣４００ｏ 斜度 ） 支点编号 斜度 ） 图５承载能力极限状５－一８吱点反力图 图６恒载作用下最大弯矩值 图７承载能力极限状态组合下最大弯矩值 由图６一图７的计算结果可以看出，在恒载和承 载能力极限状态组合下，各片梁的最大弯矩值随着斜 过程可以按正桥来考虑。 （２）在荷载作用下，随着斜交角度的出现，各支 度的增大而减小。当斜度为１５。时，梁体最大弯矩值 约为０。的０．９８倍，可以认为两者的内力值近似相等。 当斜度变为３０。、４５。时，由于弯扭耦合作用的影响加 剧使得梁体的最大弯矩值显著减小。由计算值可以看 出，最大弯矩值分别约为０。的０．９３倍、０．８４倍。 ４结语 点的反力分布变得不均匀，反力最大值向钝角方向移 动。其中斜度为３０。、４５。的锐角梁端支点反力分别约 为Ｏ。对应位置处支点反力的０．７倍和０．６倍。钝角梁 端支点反力分别约为０。对应位置处支点反力的１．３ 倍和１．４倍。在设计时需对斜交桥的支座选取重点考 虑。 （１） 斜度为１５。时，单跨小箱梁桥的受力特性无 论从支点反力、跨中最大弯矩以及最大弯矩出现的位 置来看均与正桥较为接近，在工程应用中为简化设计 （３） 由于弯扭耦合作用的影响，随着斜度的增 大，梁体的最大弯矩较正桥有所减小，当斜度为３０。、 ４５。时最大弯矩值约为正桥的９０％和８０％。 樊友川等：开洞建筑风致内压导纳影响参数研究 １０５ ＤＯＩ：１０．１３９０５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｄｗｊｚ．２０１６．０５．０３８ 开洞建筑风致内压导纳影响参数研究 樊友川 ，尹良辉 ，黄建设指挥部。 武汉敏 ４３００５６；２．湖北交投襄随高速公路 ４３００３４） （１．武汉经济技术开发区（ＷＥＤＺ）城乡建设局建设工程服务中心，武汉４３００７４；３．湖北省交通运输厅造价管理站。 武汉【摘要】 对已被风洞试验验证的单空间开洞建筑风致内压控制方程进行多参数影响分析，研究了主开洞 大小、背景孔隙、内部体积、脉动外压以及参考风速等对内压导纳函数的影响。研究结果表明：内压导纳峰值随着 迎风面主开洞面积的增大而增大，但随着背景孔隙总面积、内部体积、脉动外压系数幅值以及参考风速的增大而 减小。Ｈｅｌｍｈｏｈｚ共振频率也随着迎风面主开洞面积的增大而增大，随着内部体积的增大而减小，但不受背景孔隙 总面积、脉动外压系数幅值、参考风速的影响。 【关键词Ｊ 开洞建筑；风致内压；参数分析；内压导纳 【中图分类号】ＴＵ３１２．１ 【文献标识码】Ｂ 【文章编号】１００１—６８６４（２０１６）０５—０１０５—０３ 对于单空间开洞结构，通常可采用二阶常微分方 程来描述其内压响应。自Ｈｏｍｌｅｓ（１９７９）…首次导出 了一个二阶非线性内压控制微分方程。Ｌｉｕ和Ｓａａｔｈｏｆｆ （１９８１） 、Ｖｉｃｋｅｒｙ（１９９１，１９８６） ’ 、Ｖｉｃｋｅｒｙ和Ｂｌｏｘ． １ 内压控制方程 图１为带有背景孔隙的开洞单空间结构风致内压 模型，图中 为内部容积，Ａ。和Ａ 分别为迎风面主开 洞面积与背景孔隙总面积；ｃ为迎风开洞的气流收缩 ｈａｍ（１９９２） Ｊ、Ｓｈａｒｒｎａ和Ｒｉｃｈａｒｄｓ（１９９７） ’ 对Ｈｏｍ． 流动系数； 为主开洞处的气柱有效长度； 和 分别 为迎风面主开洞及背景孔隙处的气柱位移；Ｃ 、Ｃ凡和 Ｃ ｉ分别为迎风面开洞处、背景孔隙处以及内部空间的 瞬态风压系数。 １ｅｓ内压控制方程…进行了不断改进与完善，但均未考 虑到背景孔隙的影响。为更加真实地描述风致内压， 余世策 导出了考虑背景孔隙的开洞结构风致内压 响应方程，并通过风洞试验对内压方程的有效性进行 了验证。Ｓｈａｒｍａ和Ｒｉｃｈａｒｄｓ 导出了考虑屋盖柔度的 风致内压响应方程，并从数值上分析了屋盖柔度对内 压增益的影响。Ｇｕｈａ等 同时考虑了背景孔隙与屋 盖柔度的影响，从理论上导出了一个更为复杂的内压 响应方程。 边界） 气流 图１带有背景孔隙的单空间结构模型 尽管风工程学者对开洞单空间结构风致内压基 本控制方程进行了不断发展与完善，并导出了仅考虑 迎风墙面与内部空间两侧瞬态气压差与其洞口 处气流速率的关系可由非定常形式的伯努利方程 获得： １ ． ．． 背景孔隙、仅考虑屋盖柔度以及同时考背景孔隙与屋 盖柔度后的内压控制方程，但在结构抗风设计中，工程 师很难通过求解一个形式复杂的二阶微分方程来获 得内压响应。为了避免这一困难，本文利用已被风洞 ｑ（Ｃｐｗ—Ｃ Ｐｉ）＝ 一ｃＩｐ Ｉ Ｉ＋ｐ Ｌ （１） 试验验证过的带有背景孔隙的单空间刚性结构内压 控制方程 “ ，进行多参数分析，以期对风致内压进 行一个全面的了解。 对于单个背景孑Ｌ隙通道，其中的气流质量很小，故 可忽略背景孔隙处的惯性效应；与内压脉动相比，背风 面脉动外压很小可忽略其影响，以一个平均外压系数 ［３］ 姚玲森．桥梁工程［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００８． ［４］ＪＴＧ Ｉ）６０—２０ｏ４，公路桥涵设计通用规范［ｓ］． 参考文献 ［１］ 杨美良．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，（１０）：１４２—１４６． ［２］刘菊玖．对斜梁桥荷载横向分布部分特点的探讨［Ｊ］．市政 技术，２００２，（３）：４２—４４． ［５］刘效尧，徐岳．梁桥［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２０１１ 【收稿日期］２０１６—０３—０２ ［作者简介］李金龙（１９８８一），男，辽宁丹东人，助理工程师， 研究方向：桥梁工程。
