刚接梁法及铰接梁法在梁桥结构解析中的验算分析

　　摘 要：根据刚接梁法及铰接板理论和结构力学基本原理，建立了基本体系的载荷一般方程且算法简单、易懂，而且计算精度很高，利用这些方程可以方便进行不同板梁数量以及不同截面形式的桥梁设计验算，使得接梁法及铰接板理论更加完整。 　　关键词：桥梁工程；刚接梁法；铰接梁法；结构；验算分析 　　中图分类号：TB 　　文献标识码：A 　　doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2016.23.124 　　1 概述 　　梁桥上部结构一般由桥面、纵梁、横梁、主梁组成。实际的桥面、横梁都有连续性，而且根据结构的不同，也有与主梁刚性连接、具有抗扭刚度的情况。因而，对于成桥阶段的梁桥而言，在诸如汽车、挂车或人群等活载作用下，具有各片主梁共同受力的特点。至于这些荷载，每片主梁分别承担多少，因为桥梁结构解析实际是空间解析，亦即需要研究沿纵、横向分布荷载的效应计算。梁桥结构解析主要任务就是进行结构内力和位移计算是梁桥设计的重点和难点内容。在验算分析之前必须汇集必要的基本资料，在结构的解析过程中，还要借助于一些必要的假设条件。 　　2 刚接梁法 　　对于桥面系设有多片内横隔梁的且没有经过构造处理或相邻两片主梁的连接处可以承受弯矩的或桥面板浇筑成一块整体板的箱形截面桥或是T形截面的桥跨结构，都可看作是刚接梁系，在设计验算荷载横向分布时均可采用刚接梁法进行。 　　刚接梁法分析时，将空间问题严格按照任意两根梁所分配到的荷载的比值与挠度的比值以及截面内力的比值都相同并借助于横向挠度分布规律的设计原理来处理，但实际集中作用的轮载以及其他分布力均不满足这一要求。因此，刚性连接的桥面板刚接梁法的推导过程中，将用半波正弦荷载来替代集中荷载在纵向切口处的赘余力在半波正弦分布的峰值的分布荷载作用下按照正弦分布。这些赘余力共有五个：（1）由于扭转中心不在桥面上而引起邻梁对它的阻力；（2）弯矩；（3）桥面板内纵向剪力流；（4）由于相邻主梁弯曲后不同曲率引起的横向扭矩；（5）竖向剪力。在竖向荷载作用下荷载横向分布的影响很小，通过精确分析可以忽略不计，故在设计中只考虑赘余力即可，建立以赘余力的力法方程并利用切口处位移协调条件解方程后，确定各片主梁的荷载分布影响线坐标。求解赘余力素的一般正则力法方程式，用矩阵形式可表示为： 　　以四梁式的简支梁桥为例，主梁翼缘板之间为刚接由于其各主梁的刚度及截面均相等，因此运用力法求解。把翼缘板的连接处切开，切缝处有超静定内力，在单位正弦荷载作用下，六个超静定内力的峰值相应地有六个变形协调条件，从而就有六个力法方程。分别求出力法方程中的系数项和荷载项，代入方程，经过变换并引入参数结果得出下面的用矩阵表示的力法方程式为： 　　3 铰接板法 　　铰接梁桥与刚接梁法不同的是，主梁之间视为铰接，即只传递剪力而不传递弯矩。故用力法求解时，每个切口上只有赘余力gi，所以力法方程就大大简化，以四梁式的桥面为例，力法方程中仅有三个未知力g1、g2、g3。铰接板法主要适用于有伸出的交叉钢筋连接的无中横隔梁的装配式梁桥，及仅在翼板处用焊接钢板连接的无中横隔梁的装配式梁桥或现浇混凝土纵向企口缝连接的装配式板桥，包括T形、箱形截面。对于肋板式梁桥有时又称作多脊梁桥，除了可用力法求解外，也可将这类结构理想化为铰接板进行求解。原因在于，多脊梁桥的横向抗弯刚度和抗扭刚度分别与它们的纵向抗弯刚度和抗扭刚度相比，通常是很小的，这一点可以通过有限样条法分析比较后得到。特性参数γ一般比β大，故在不影响计算精度的前提下，可令特性参数p=0。这样，铰接梁桥的实用计算将和铰接板是一样的。在实用计算时考虑到β的影响，可以对表列值进行修正，设ηkk和ηki为修正后的坐标值，则有： 　　4 结束语 　　刚接梁法及铰接板梁结构是桥梁结构的重要结构形式建立板梁之间的横向联系的装配式结构利用板梁之间用现浇混凝土灌注企口缝的一种设计及施工方法，设计计算上常常采用铰接板理论进行结构的横向影响计算和设计这种联系使得主板梁在受力时，周围构件能够分担一部分荷载，大大简化了桥梁结果计算从而把一个空间问题转化成为梁的问题，探讨横截面形式以及尺寸关系对桥梁强度的影响对于新设计的梁的横截面形式和尺寸都极为方便。 　　参考文献 　　[1]任全明.支承刚度法分析弹性地基铰接梁[J].水运工程，1981，（01）：39-43. 　　[2]李运光，宋娃丽，范廉明.广义刚接梁法计算弯桥荷载横向分布[J].河北工学院学报，1993，（03）：26-38. 　　[3]黄平明，姚代禄.广义刚接梁（板）法及对斜梁桥荷载横向分布的研究[J].中国公路学报，1996，（04）：57-64. 　　[4]罗多.多跨铰接梁的立柱计算与分析[J].钢结构，2005，（04）：58-61. 　　[5]郭毓，蔡明仪，蔡杰民.受均布荷载作用五等跨等截面铰接梁内力和挠度方程及其计算系数表[J].现代机械，2007，（02）：31-33，35. 　　[6]李金荣.1.2m铰接梁在悬挂水平楔孔处老化原因分析[J].矿山机械，2008，（11）：104-105. 　　[7]巴新华，聂福全，徐舸.压路机铰接梁铸改焊结构改进及制造工艺[J].机械制造，2009，（03）：42-43. 　　[8]齐岩，周希平，许忠勇.桥梁工程铰接梁法的矩阵分析与程序计算[J].山西建筑，2009，（30）：306-308. 　　[9]项贻强，何余良，陈勇彪等.多梁式组合小箱梁桥荷载横向分布计算的修正刚接梁法[C].第二十届全国桥梁学术会议论文集（上册），中国土木工程学会桥梁及结构工程分会，2012，（6）. 　　[10]蒋沛伶.铰接梁端混凝土楼板开裂性能的研究[D].杭州：浙江工业大学，2013. 　　[11]赵滇生，蒋沛伶.铰接梁端混凝土楼板开裂性能的有限元分析[J].浙江建筑，2013，（11）：13-16，20. 　　[12]肖会闯.索力振动法测量的试验研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2015. 　　[13]许燕飞.旋转柔性铰接梁建模及振动主动控制研究[D].广州：华南理工大学，2015. 　　[14]张军，苟明康，林铸明等.移动集中荷载作用下铰接梁式浮桥的动力学模型[C].中国钢结构协会海洋钢结构分会学术论文集，中国钢结构协会海洋钢结构分会、中国造船工程学会船舶力学学术委员会结构强度学组、中国造船工程学会船舶力学学术委员会载荷和响应学组，2015，（9）. 　　[15]何伟南，周怀治，王银辉.多室宽箱梁桥横向分布计算的刚接梁法[J].公路交通科技（应用技术版），2016，（01）：212-216. 　　[16]邱志成，许燕飞.基于自适应RBF模糊神经网络的旋转柔性铰接梁的振动控制[J].振动与冲击，2016，（07）：89-95.