现浇箱梁横梁计算分析研究

力混凝土桥涵设计规范｝ Ｔ ６ —０ ４中对横梁 （ Ｇ Ｄ ２ ２０ ） Ｊ 有 效 宽度 的取值 有 明确 的说 法 。因此 ， 再 深人 研 不 究横梁有效宽度的取值问题 。 本 文 以某 工 程 的 ３×３ 预应 力 混 凝 土现 浇 ０ｍ 箱梁（ 桥宽 ２ 梁高 １ 支座间距 １ 中横 ０ｍ； ． ｍ； ８ ０ｍ； 梁 宽度 １ 边 横 梁 宽 度 １２ｍ） 主要 研 究 对 象 ． ｍ； ８ ． 为 （ 见图 １ 图 ２， 、 ）对主梁向横 梁传递剪力方式进行 了
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图 １ 箱梁平面图（ 单位 ： ｍｍ ）
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图 ２ 箱梁横断面图（ 单位 ： ｍｍ）
表 １ 预应力对墩反力 的影响
作为单元边界存在） ，然后通过节点力求和得到截 面 内力 。具体命令流如下 ： Ｎ Ｅ ，，Ｏ ，，，９１ 择 截 面一 侧 全部 节 点 Ｓ ＬＳＬ ＣＺ０２ ．１ 选 Ｅ Ｌ ，，１ 择 截 面一侧 全 部 单元 Ｓ ＮＳ１选 Ｎ Ｅ ，，Ｏ ，，９１选择 截 面 节点 Ｓ ＬＳＬ ＣＺ２ ．１ Ｎ Ｅ ＲＬ Ｃ ，Ｏ ５ ． １ 次 选 择 截 面 某 一 子 Ｓ Ｌ ，Ｏ ，－ ． ，８ 再 Ｘ ８０５
收 稿 日期 ：０ １ ｌ — ８ ２ １－ １ ２
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剪力传递大小产生影响１ 。本文就此影响用墩反力 来 衡量 其 宏 观差 异 ， 表 １ 见 。 １１２ 主梁 向横梁 传 递 剪 力分 布规 律 分析 ．． 本文通 过 Ａ Ｓ Ｓ 限元 软件用 ｓ ｉ ５ 体 ＮＹ 有 ｏｄ 实 ｌ４ 单 元对 图 １ 图 ２所 示 的箱 梁进 行 了恒 载计 算 。之 、 后 对 中横 梁 边缘 截 面 Ａ Ａ见 图 ３的剪 力 分布 进 行 —（ ） 了分析处理 。 主要思路是将 Ａ Ａ截 面所有节点（ — 见 图 ４的重 力 加 速 度 方 向力 Ｖ 剪 力 ） 照 区域 进 行 ） Ｙ（ 按 了积分求和 ，之后将各子 区域 的剪力与全截面剪 力 进行 了百 分 比比较 ｆ 见表 ２ 图 ５。 、 １ 由于 使 用 了 ｓｌ ４ 体 单 元 ，因此 内部 节 点 ｏｄ５实 ｉ
２１ 年 ４ ０２ 月第 ４ 期
城 市道 桥 与 防 洪
科技研究
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现浇箱 梁横 梁计算 分析研 究
金 波 ， 远 高
（ 天津 市市政 工程 设计研 究 院 ， 津市 ３￣ ５ ） 天 ０ １ 摘 要 ： 现 浇箱梁 的安 全验 算 ， 对 主要 包括 主梁 和横 梁两 部分 内容 。当然 ， 最精 确 的计算 方 法是 空 间有 限元 实体 单元 计 算方
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图 ３ 中横梁断面图（ 单位 ：ｍ） ｃ
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（ ） 力 的分布似乎 与各 区域 的面积 没有关 ４剪
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科技研究
兰 里 亘
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平 面图
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个 是 横梁 的有效 宽 度 （ 力 的扩散 范 围衡 量 ） 以应 。从 偏 安 全 、 化 计算 带 来 的误 差 、 年来 日益 严 峻 的 简 近 超 载 现 象 等 角 度 考 虑 ，本 文 提 倡 横 梁 有 效 宽 度 取 横 梁 本 身 宽 度 。另外 ， 《 路 钢筋 混 凝 土及 预 应 在 公
区域 节 点
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表 ２ 截面及个子 区域剪力数值
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移的计算结果与现行规范两种极 限状态（ 正常使用 和承载能力） 的验算 内容相一致 ， 在总体上能够把 握 结 构 的安 全 度 。然 而 ， 于 横 梁 计 算 ， 于从 整 对 由 体结构 中局部取 出后单独计算 ，因此 与空 间有 限 元 实体 单 元 计 算 方 法 相 比 ， 算 结 果 肯 定 有 差异 。 计 在 这 里 ， 部 取 出横 梁 时 ， 梁 取 出多 少 宽 度也 是 局 横 不 好 把握 的领域 。从 偏 安全 的角 度考 虑 ， 只取 出横 梁 实 际 宽 度是 目前普 遍 的方 法 。对 于横 梁 有 效 宽 度 的取值 ，公路钢筋混凝土及预应力混凝 土桥涵 《 设计规范 ｝ Ｔ ６ —０ ４的梁 的计算章节 ４２有 （ Ｇ Ｄ ２ ２０ ） Ｊ ． 专 门的介 绍 ， 文 对此 不 再熬 述 。 本 另外 ， 箱形截 面主梁 向横梁传递剪力时 ， 剪力 分布如何 ？（ 主截面全截面传递剪力还是 主要通过 腹 板 传递 剪 力 ？）对 于平 面杆 系横 、 向独 立 计算 ， 纵 方法来说也是需要证 实的重要 内容 。本文结合工 程 实 例 ， 过 空 间有 限元 计 算 方 法 （Ｎ Ｙ ） 入 研 通 Ａ Ｓ Ｓ深 究 了传递剪力的具体模式 。
分析 。 １ １ 主梁 向横 梁传 递 剪 力方 式 分析 ． １１１ 预 应 力对 墩 反 力 的影 响 ．．
用 ＡＮ Ｙ Ｓ Ｓ有 限 元 通 用 软 件 以空 间 实 体 单 元 （ ｌ ４ ） 析 剪 力 传 递 方 式 时 ， 拟 预 应 力 费 时 又 ｓ ｉ ５分 ｏｄ 模 费力 ， 因此 未 模 拟预 应 力 （ 于 横梁 来 说 ， 向预 应 对 纵 力 的施 加 与 否 对 剪 力 传 递 规 律 影 响很 小 ，只是 对
（ 对 于 有 边 界 条 件 的节 点 ）的 内力 无 法 直 接 获 得 相
作者简介 ： 波 （９ ８ ， ， 金 １７ 一） 男 吉林 人 ， 工程师 ， 事固体 力学 从 研 究工 作 。
（ 只能直接获取节点应力） 。对于实体单元结构 ， 希 望 得 到 某 一 截 面 或 此 截 面 某 一 子 区 域 截 面 内力 时 ， 先 选 择 截 面 一 侧 单 元 及 截 面 节 点 （ 时 节 点 首 此
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当然 ， 比较 （— ）（— ）（— ）（— ） Ａ Ｂ 、Ｂ Ｃ 、Ｃ Ｄ 、Ｄ Ｅ 四个 子 区 域
时 ，也是相对支撑位置更近一些 的区域其剪力值
（） ５ 全截面剪力求和值 ６ ８ － ｋ ０ Ｎ和各子 区域 ４ ３ 剪力 总 和值 ６３２４ｋ ８ ． Ｎ之 间有 １ ％误 差 。此 误差 ． ５ 主要 来 源 为 单元 划 分 粗 细 度 。 即 ， 元 划 分 越 密 ， 单 系统 误 差将 会 越 小 ， 至趋 于零 。 乃 为 了验 证 上 述 五 条 规 律 的普 遍 性 ，本 文 还 对 跨径 同样 为 ３×３ 的不 同 桥 宽 、不 同梁 高 的现 ０ｍ 浇箱梁进行 了空 间计算 。其结果 同样符合上述五 条规 律 ｆ 图 ６ 图 ７。但 是 ， 述 五条 规 律 有 适 用 见 、 ） 上 条 件 。其 一 为 支座 数 量 为 ２个 ， 二 为支 座 间距 与 其 外 侧悬 出长 度 比值 大 于 １ 当然 ， 满 足 上 述两 大 。 不 条 件 的 横梁 不 是 说 不 适 用 上 述 五条 规 律 ，而 是 需 要 进 行 系 统性 大量 计 算 分 析 研 究后 下 结 论 。此 部 分 的分 析 将 在近 期 内进 行研 究 。 如 图 ６所示 ， 通过 Ａ Ｂ ｃ Ｄ四个子 区域传递 、、、 的剪 力 占全 截 面剪 力 的 ８ ．％。 ４８ 如图 ７ 所示 ，通过 Ａ、 、 Ｂ ｃ三个子区域传递 的 剪 力 占全 截 面 剪力 的 ８ ．％。 ８４ １１３ 横 梁计 算 方 法选 定 ．． 对 横 梁 的简 便 有效 计 算 方 法 大体 上 有 三种 （ 向
法。 但对 桥梁设 计人 员而 言 ， 间有 限元实 体单 元计算 方法 费时 又费力 ， 空 往往 计算 效率很 差 。 将现 浇箱 梁分为 主梁 和横梁 两个 部分 计算 ， ： 空间三 维物体 简化 为平面 二维 物体 ， 即 将 然后用 平 面杆 系分 别计 算纵 向主 梁和横 向横 梁 。 是 ， 但 对于横粱 计算 ， 计 算参 数 （ 梁传递 的剪力 分布 等） 主 的取值 不 同 ， 配筋 结果往 往有 很大 出入 。 过工 程实例 深入 研究 了横梁 的受力 特性 （ Ｎ Ｙ 空 通 Ａ ＳＳ 间实体单 元）并且 根据 横梁受 力特 性选定 了最 为稳妥 的横 梁 简化 计算 方法 。 ， 关键词 ： Ｎ Ｙ ； 浇箱 梁横粱 ； 间有 限元 ； Ａ Ｓ Ｓ现 空 实体单 元 ； 剪力传 递规 律
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中圈分 类号 ： ４ ｌ ｕ ４ 文 献标识 码 ： Ａ 文章 编号 ：０ ９ ７ １ （ ０ ２ ｏ — ２ ５ ０ ｌ０ — ７ ６ ２ １ ） ４ ０ ２ — ６
０ 引言
多年 来 ， 梁 结构 的设 计 计 算 （ 筋 ） 直 沿 用 桥 配 一 平 面杆 系计 算 模 式 。它计 算 方 便 ， 内力 、 力 和位 应
左 右 １ 。
（） ３ 由于 篇 幅及 时 间 限制 ， 文 只对 ２个 支 座 本
的情况进行 了计算分析（ 对于 ３ 个及 以上支座 的分 析核心思路和分析方法基本相 同１ 。当前提条件为 ２个 支 座 的情 况 下 ， 比较 Ａ、 ｃ、 Ｅ五个 子 区 域 Ｂ、 Ｄ、 时， 相对支撑位置更近一些的区域其剪力值更大 。
１ 计算分 析
对 现 浇 箱 梁 的安 全 验算 本 人 常 用 的计 算 方 法
是将 主梁和横梁分为独立 的两个个体单独计算（ 将 内力 暴 露 为外 力 的方 式 连 接） ，因此 分 割模 型 时就 需 要 处 理两 个 方 面 的 内容 。其 一 为将 内力 （ 要 为 主 剪力） 转换为外力施加到横梁时 的准确简化 ， 其二 是 横 梁 宽 度 方 向上 几 何 尺 寸 的选 定 （ 效 宽 度 ） 有 。 即 ， 个 是 主 梁 向 横梁 传 递 剪 力 的具 体规 律 ， 一 一 另
系。
图 ４ 对象截面全部节点分布图
从 图 ５及 对 应 表 ２中 ，可 以 明显 看 出一 些 规
律（ 支撑处 为点 约束 和面约束 ， 剪力分布计算结果 基 本 一 致 ，因此 本 文 所 有 空 间模 型边 界 条 件 均 采 用 点 约束 方 式１ 。 （ ） Ｂ ｃ Ｄ Ｅ五个子区域是 向中横梁传递 １Ａ、 、 、 、 竖 向荷 载 的 主要 区域 。而 这 五 个 子 区 域无 一 例 外 的全部为腹板所在位 置。它们传递 的剪力 占全截 面剪 力 的 ８ ．％。 ７１ （） ２ 对传 递 剪力 的核 心 区域 Ａ、 Ｃ Ｄ、 Ｂ、 、 Ｅ而言 ， 各自 传递 的的剪力数 值相 差不 大 （ 大相差 ５ 最 ％