现浇箱梁偏载系数研究

(扬州大学 江苏 扬州 225000)

一、偏载系数计算常用方法

偏载系数在我国的规范设计中并没有详细规定，而且目前关于偏载系数的计算还没有非常好的理论公式。目前国内对直线箱型截面的桥梁计算偏载系数的方法，主要采用经验系数法、偏心压力法、修正的偏心压力法。

(一)经验系数法。对于箱型梁来说，因其箱壁较厚和横隔板的存在，使得横截面因畸变引起的扭曲应力可以忽略不计，而活载引起的约束扭转正应力一般只为活载弯曲正应力的15%左右。因此计算时，可在各肋平均分担外荷载的基础上，把边肋上所受荷载增大作为偏载系数，即偏载系数ξ1=1.15。

(二)偏心压力法。偏心压力法起初是用来计算开口截面T形梁桥的横向分布系数，将其推广应用，来求解混凝土箱梁的偏载系数。该方法的本质是：将箱梁的腹板看作是开口截面T形梁桥的梁肋,算出边肋的横向分配系数,然后乘以总的梁肋数,即可求得偏载系数ξ2。计算公式为：

(1)

ξ2=nk

(2)

式中，ξ2为箱梁的偏载系数；K为外侧腹板的荷载横向分布系数；n为箱型截面梁的腹板总数；a1为外边肋到桥面中心线的距离；ai为第i个内边肋至桥面中心线的距离；e为外荷载合力点至桥面中心线的距离。

(三)修正偏心压力法。修正的偏心压力法在偏心压力法的基础上进行了修正改良，考虑了箱梁的抗扭刚度，引入抗扭修正系数β。对于等直截面连续箱梁，抗扭修正系数β的取值，主要取决于跨度、材料和几何属性。修正偏压法的计算公式为：

(3)

ξ3=nk

(4)

其中抗扭修正系数：

(5)

式中，l为桥梁某跨跨径；G、E分别为箱梁材料的抗剪弹性模量和抗弯弹性模量；I、Ik分别为箱梁的抗弯惯性矩和抗扭惯性矩；Cw为等效刚度修正系数。

二、算例

本文选取三个标准段箱梁：单箱室、双箱室、三箱室，进行ANSYS建模，通过桥梁博士确定边跨跨中以及中跨跨中最不利荷载施加位置，进行车辆布载，单箱室、双箱室、三箱室箱梁有限元模型如图所示。

(一)跨径对偏载系数的影响。选取跨径为3x25m和3x32m，桥宽B=9m两种桥型，在不同车道数和不同车辆数的车辆荷载情况下，如图1，比较边跨图2和跨中图3的响应。

图1 单箱室车道横截面

(二)箱室数对偏载系数的影响

不同箱式数的偏载系数的结算结果表1，2所示。

表1 3x30m,B=16.75m，悬臂3.5m，二箱室偏载系数对比表

表2 3x30m,B=25.5m，悬臂4m，三箱室偏载系数对比表

表1，2可以看出：1.从ANSYS计算结果可以看出，二箱室边腹板增大系数与经验系数法结果较为接近，而三箱室与经验系数法偏差较大。2.按偏心压力法与ANSYS计算的结果偏差较大，而修正偏心压力法与ANSYS计算结果较为接近。

三、结论

本文通过对现浇箱梁进行ANSYS有限元分析，研究了现浇箱梁在不同工况下的偏载系数，数据真实，结果完善。通过与国内主流的三种简化方法进行比较，可以看出：1.对于单箱单室的现浇箱梁采用经验系数法较为适用。2.对于单箱二室的现浇箱梁窄桥，与经验系数法比较误差在1%～26%，能够满足工程经济要求，采用1.15的经验系数法较为适用。对于单箱三室的现浇箱梁，与经验系数法比较误差较大，而与修正偏心压力法结果最为接近，宜优先采用修正偏心压力法。