單梁模型在寬箱梁計算中的缺陷

楊 淵

(貴州智恒工程勘察設(shè)計咨詢有限公司，貴州 貴陽 550000)

1 單梁模型的特點

對寬箱梁進行設(shè)計時，采用單梁模型的設(shè)計思路一般是將整個箱梁的荷載效應(yīng)進行均分，直接認為箱梁的每道腹板承擔(dān)相同的荷載，忽略了荷載在箱梁橫向分配的問題。

2 梁格模型解決的問題

對于較寬的現(xiàn)澆箱梁，容易忽視結(jié)構(gòu)橫向存在的不均勻彎曲，導(dǎo)致箱梁某些部位結(jié)果失真，存在承載能力不足的安全隱患。梁格模型能夠解決寬箱梁橫向彎曲不均勻的問題，并能夠反應(yīng)荷載作用下引起的剪力滯效應(yīng)和偏載作用下各道腹板的荷載橫向分配問題，為較準確的分析結(jié)構(gòu)提供了一種有效的方法。

2.1 兩種模型的計算

現(xiàn)分別對梁格模型及單梁模型進行荷載效應(yīng)分析，選用跨徑為45 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁結(jié)構(gòu)進行計算。結(jié)構(gòu)參數(shù)選取為：箱梁高為2.5 m，箱梁全寬15.5 m，截面采用單箱三室，共計四道腹板，其中兩道邊腹板及兩道中腹板，腹板厚度均采用50 cm。荷載參數(shù)選取為：汽車荷載采用公路Ⅰ級，考慮偏載；人群荷載采用3.0 KN/m2。

(1)梁格模型計算

箱梁結(jié)構(gòu)尺寸及材料類別與實際箱梁一致。其模型按照梁格法的要求對箱梁的縱、橫向進行單元劃分，其中截面橫向采用稀疏劃分，劃分截面寬度由B1、B2、B3、B4組成如圖1。

圖1 采用稀疏劃分的箱梁截面

現(xiàn)通過有限元計算軟件對箱梁建立梁格模型進行分析，箱梁縱、橫向剛度均按實際直接采用或換算后采用。箱梁在恒載及活荷載作用下，其彎矩效應(yīng)圖2所示。

根據(jù)計算結(jié)果可以得出，在荷載橫向分配下，橫向劃分的每道腹板承受的彎矩效應(yīng)是不同的。在承載能力基本組合下，箱梁最不利位置為邊腹板跨中截面處，其邊腹板最大彎矩設(shè)計值為γmmax=41 692.4 KN·m，構(gòu)件承載能力設(shè)計值為R=53 941.1 KN·m，邊腹板的最小抗彎安全系數(shù)為：1.29。箱梁中腹板跨中截面最大彎矩設(shè)計值為γmmax=32 781.5 KN·m，構(gòu)件承載能力設(shè)計值為R=51 273.3 KN·m。中腹板的最小抗彎安全系數(shù)為：1.56。

(2)單梁模型計算

在與梁格模型同等荷載條件下，不對箱梁截面橫向劃分，僅對箱梁的縱向進行有限元劃分單元，采用單梁模型對結(jié)構(gòu)進行荷載效應(yīng)分析，其彎矩效應(yīng)如圖3所示。

圖3 縱梁彎矩效應(yīng)圖

在承載能力基本組合下，箱梁最不利位置跨中最大彎矩設(shè)計值為γmmax=155 385.3 KN·m，構(gòu)件

承載能力設(shè)計值為R=219 061.2 KN·m。結(jié)構(gòu)的最小抗彎安全系數(shù)為：1.41。

2.2 不同計算模型的結(jié)果對比

根據(jù)梁格模型與單梁模型在同等荷載條件下的荷載效應(yīng)得出，單梁模型的安全儲備較梁格模型邊腹板偏高，較中腹板偏低。其計算結(jié)果對比如圖4所示。

圖4 安全系數(shù)對比圖

3 結(jié) 論

在計算較寬現(xiàn)澆箱梁時，由于荷載在箱梁橫向分配的不均勻性，使箱梁沿橫向的彎矩效應(yīng)在不同的位置會有差異。簡單按照單梁模型進行計算，會造成箱梁的邊腹板位置可能存在承載力不足，也可能在中腹板位置承載力過高，不能如實體現(xiàn)彎矩效應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)果失真。故采用梁格的方法建模比單梁模型更接近寬箱梁的實際受力情況。