多主梁钢板组合梁荷载横向分布研究

引言

多梁式钢板组合梁桥具有受力明确、方便预制、质量轻、便于吊装、施工快捷等优点，近年来在中等跨径桥梁中应用广泛 [1][2]。为了保证主梁稳定性和荷载横向传递的需要，钢 - 混凝土组合梁桥由多道平行的主梁构成，主梁通过横向联结系和桥面板形成空间整体结构。为桥面上作用活荷载时，各片主梁分配到的荷载比例不等，为简化起见，常利用横向分配系数来进行计算。

张泽军 [3] 利用有限元软件分析了荷载横 分布系数的主要影响参数 ， 获取了护栏 ， 曲率 ， 横梁 ， 横坡和桥面连续层等对组合梁荷载横向分布系数 连续层影响最大。桥梁的荷载横向分布特性取决于桥梁的自身结构特性， 向联结数量及尺寸等。本文首先以依托工程为例，采用不同方法计算结构横向 系数 ，验证有限元分析模型有效性。以此有限元分析模型为基准，进一步讨论桥面板厚度、主梁的数量对钢板混凝土组合梁荷载横向分布系数的影响，研究钢板组合梁的荷载横向分布规律。

1 依托工程

某三孔一联 3×40m 钢 - 混组合梁桥，结构形式为先简支后桥面连续。桥面分幅，单幅宽 16.8m 、由 6 片梁组成。单个组合梁高2.08m、梁间距2.8m，宽跨比为0.42，截面如图1.1 所示。组合梁榀内5m 布置一道横梁，榀间10m 布置一道横梁。

图1.1 钢- 混凝土组合梁截面（单位：mm）

2 理论分析

般常见的的荷载横向分布计算方法有：杠杆法、刚性横梁法、钢（铰）接板梁法、正交比拟异性板法等[5]。随者计算机算力的提升，也可采用有限元分析法。

刚性横梁法又称偏心压力法，假定刚接梁法主梁间横梁的刚度无穷大，荷载通过横梁传递到各主梁上，主梁仅发生刚体位移。刚性横梁法适用于横向连接刚度较大、桥梁横向变形不明显的桥梁。当横梁变形不可忽略时，如桥面较宽的桥梁，刚性横梁法则不再适用。

刚接梁法将主梁之间的连接方式视为刚接，传递竖向剪力与弯矩。采用刚接梁法计算时，通过确定计算参数，得到影响线[4]。铰接梁法适用于无内横梁且桥面板铰接的桥梁；刚接梁法适用于有内横梁、或桥面板刚接的桥梁。

采用通用有限元软件建立空间模型，分别选取有横向联结系（依托工程布置）和无横向联结系（榀内、榀间均无）两种情况进行计算分析，并与刚性横梁法及刚接梁法的计算结果进行对比，结果如图 2.3 所示。图表中0-0，9-5 分别表示无横撑，榀内9 道、榀间5 道横撑（依托工程）的情况。

由表可知：相比有限元结果，采用刚性横梁法、刚接梁法计算的边梁横向分布系数，在全桥无横撑的情况下偏高 6.5%～10.5%，在设置钢横撑（榀间 9 道，榀内 5 道）的情况下偏高 25.6%～36.3%，均偏于保守。因此，采用刚性横梁法、刚接梁法计算的跨中荷载横向分布系数对于多主梁钢板- 混组合桥仍具有一定适用性。

3 主梁数量对荷载横向分布系数的影响

为了分析主梁数量对荷载横向分布的影响，对由不同数目主梁组成的钢 - 混凝土组合梁桥进行研究。保持梁间距 b=2.8m 及其他因素不变，建立采用单榀吊装施工常用的 4 梁式，6 梁式和 8 梁式组合桥的有限元模型，三种结构形式下，汽车荷载均按设计车道进行布载。

3.1 四梁式

四梁式组合桥由两榀组合梁组成，桥面宽为11.2m，宽跨比B/L=11.2/40=0.28。有限元分析时，在图所示的9 个横桥向位置依次施加半正弦波荷载，在每一荷载工况下读取跨中各梁钢梁底板挠度，从而计算各梁的横向分布影响线的竖坐标，得到四梁式组合桥1#、2# 梁的横向分布影响线、分布系数。

3.2 六梁式

六梁式各梁影响线及荷载横向分布系数计算见表2.1。3.3 八梁式

八梁式组合桥由四榀组合梁组成，桥面宽为 22.4m ，宽跨比 B/L=22.4/40=0.56。在图所示的 17 个横桥向位置依次施加半正弦波荷载，在每一荷载工况下读取跨中各梁钢梁底板挠度，从而计算各梁的横向分布影响线、分布系数。

3.4 对比总结

将上述不同数量主梁情况所对应的横向分布影响线和系数m 进行整理汇总，如下图所示。

结合前述图表可以发现：

（1）主梁数目越多，荷载在横桥向的分配更加均匀。

（2）随着主梁数量的增加，边梁（1# 梁）和次边梁（2# 梁）的横向分布系数均有所减小。

4 桥面板厚度对荷载横向分布系数的影响

以基准模型为基础，保持其他参数不变，改变桥面板厚度的大小。分别选取桥面板厚度 t 为 200mm 、280mm、360mm 三种情况，荷载横向分布影响线和分布系数结果如图4.1-4.4。

由图表可知：

（1）桥面板厚度增加，1#～3# 梁的荷载横向分布影响线逐渐平缓，影响线竖标的最大值有所下降，说明主梁的横向刚度与整体受力性能得到一定的增强；

（2）随着桥面板增厚，各主梁的系数逐渐减小；厚度由200mm 增至280mm，1# 梁的系数下降约2.8%，2#梁的系数系数下降约 1.5% ；厚度由200mm 增至360mm，1# 梁的系数下降约4.8%，2# 梁的系数系数下降约 3.8%_c 。说明增加桥面板厚度可在一定程度上降低主梁的荷载横向分布系数，令荷载在横向的分布更加均匀。

5 结语

1、主梁数目越多，荷载在横桥向的分配更加均匀

2、桥面板厚度增加，主梁的横向刚度与整体受力性能得到一定的增强

3、主梁数量增加，能够使荷载横向分配更加均匀，单梁荷载横向分布系数变小，但主梁数量过多，会导致钢材用量增加，结构经济性下降，主梁数量不是越多越好。桥面板厚度情况也类似，桥面板厚度增加，组合梁整体受力性能提高，但组合梁整体自重也增加。

参考文献（References）：

[2] 王冠男 . 装配式双主梁钢板组合梁 [J]. 上海公路 ， 2022， （04）： 71-73+149+1

[1] 王思伟 ， 陈双庆 . 钢板组合连续梁桥荷载横向分布影响研究 [J]. 江苏科技大学学报 （ 自然科学版 ）， 2022，36 （04）： 114-118.

[3] 张泽军 ， 沈传东 ， 刘丞 ， 朱经纬 . 钢 - 混组合梁桥荷载横向分布系数的影响参数分析 [J]. 山东建筑大学学报 ， 2024， 39 （04）： 16-24.

[4] 徐伟宇 ， 吴凡 ， 章从旭 . 装配式钢板混凝土组合梁桥荷载横向分布研究 [J]. 工程与建设 ， 2023， 37 （01）：

145-149.

[5] 王昊 ， 李广奇 ， 郭建民 ， 黄宛昆 . 基于广义梁格法的整体化铺装加固空心板桥荷载横向分布系数计算方法 [J]. 水利与建筑工程学报 ， 2024， 22 （03）： 149-157.

作者简介：雷浪（1993-），陕西渭南人，工程师，工学硕士，主要从事组合梁、桥梁监测研究。