楊心怡

【摘要】組合梁橫聯(lián)間距與簇釘排間距將對(duì)其荷載橫向分布產(chǎn)生一定影響。本文通過(guò)Midas有限元軟件建模，選擇單點(diǎn)加載方式，取跨中撓度計(jì)算得出不同橫聯(lián)間距及簇釘排間距下結(jié)構(gòu)的荷載橫向分布系數(shù)，為實(shí)際工程依自身要求提供選擇橫聯(lián)間距和簇釘排間距的依據(jù)。橫聯(lián)能加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性，故有利于橫向荷載分布的合理性，而簇釘排間距與橫向受力分布的合理性不存在明顯的正相關(guān)關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】組合梁；橫聯(lián)間距；簇釘排間距；荷載橫向分布

1、前言

基于簇釘連接的組合梁是指鋼梁與混凝土板以簇釘作為剪力連接件組合而成的能夠共同受力、變形協(xié)調(diào)的一種結(jié)構(gòu)形式，在建筑與橋梁領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景 。由于其使用簇釘連接，大大減少了現(xiàn)澆區(qū)塊面積，可加快施工速度。目前該種形式多見(jiàn)于歐美國(guó)家。組合梁橫聯(lián)間距與簇釘排間距將對(duì)其荷載橫向分布產(chǎn)生一定影響。目前國(guó)內(nèi)計(jì)算分析時(shí)認(rèn)為橋面板與鋼梁完全組合，即異性材料界面間無(wú)滑移，這樣計(jì)算出的荷載橫向分布系數(shù)必然是不準(zhǔn)確的 。而橫聯(lián)間距對(duì)結(jié)構(gòu)整體性有一定影響，所以橫聯(lián)間距的不同也將影響到荷載橫向分布規(guī)律。本文就橫聯(lián)間距及簇釘排間距對(duì)荷載橫向分布系數(shù)的影響進(jìn)行研究，期望能對(duì)工程上橫向分布系數(shù)的計(jì)算有一定幫助。

對(duì)上述問(wèn)題的研究，本文采用有限元法。利用針對(duì)土木結(jié)構(gòu)的有限元軟件Midas進(jìn)行建模，以分析橫聯(lián)間距及簇釘排間距對(duì)結(jié)構(gòu)荷載橫向分布的影響。

2、分析方法和計(jì)算模型

建立一單跨簡(jiǎn)支組合梁橋模型，橋面板與鋼梁間采用點(diǎn)連接，以模擬簇釘連接。梁（①-⑤）、簇釘排（a-l）及橫梁（A-E）編號(hào)如圖1所示?？紤]到實(shí)際施工中，由于該類橋梁采用裝配式施工，橋面板為工廠預(yù)制后到現(xiàn)場(chǎng)拼裝，單塊預(yù)制板簇釘排間距相同，接縫處簇釘間距與板內(nèi)簇釘間距不同，所以建模時(shí)假定為三塊預(yù)制板拼接，單塊板內(nèi)簇釘排間距為200mm，接縫處簇釘排間距為150mm。采用單一變量的研究方式，即研究橫聯(lián)間距的影響時(shí)，僅改變橫聯(lián)排數(shù)，分別在①②③號(hào)梁跨中處單點(diǎn)加載，取跨中撓度計(jì)算荷載橫向分布系數(shù)。研究簇釘間距的影響時(shí)，僅改變簇釘排數(shù)。

2.1模型參數(shù)

有限元模型取梁?jiǎn)卧L(zhǎng)2200mm，支座間距為2000mm，橋面板寬1000mm。設(shè)定梁?jiǎn)卧獮?25×60×6×8的Q235H型鋼，截面2為30mm厚的C30混凝土板，橫聯(lián)為4mm厚的Q235鋼板。其中建立混泥土板單元時(shí)自動(dòng)分割成若干單元?；炷涟搴拖旅娴奈迤摿翰捎脧椥灾ё鶠橐粋€(gè)整體。五片工字梁之間的距離為200mm。梁之間的橫隔板采用的是4mm厚的Q235板單元，利用邊界條件——彈性連接——?jiǎng)傂赃B接將橫隔板和梁?jiǎn)卧B接在一起。在鋼梁左右端加上邊界條件，左端為固定鉸支座（約束xyz方向的支撐力），右端為滾動(dòng)鉸支座（約束yz方向的支撐力）。簇釘用彈性連接中的剛性連接模擬，將板單元和梁?jiǎn)卧B接在一起。

2.2作用荷載

進(jìn)行有限元計(jì)算后，發(fā)現(xiàn)考慮自重影響與不考慮自重影響所得到的荷載橫向分布系數(shù)相差不大，為簡(jiǎn)化分析，研究中僅進(jìn)行單點(diǎn)加載，不考慮自重影響。荷載大小取10kN，方向垂直橋面板豎直向下，作用位置包括①②③號(hào)梁跨中。

2.3分析流程

進(jìn)行橫聯(lián)間距影響的研究時(shí)，保留所有簇釘連接，在其余條件不變情況下，分別在橫聯(lián)間距為500毫米（A-E列橫梁均保留）、1000毫米（保留ACE列橫梁）、2000毫米（保留AE列橫梁）、無(wú)橫聯(lián)四種情況下分別在①②③號(hào)梁跨中進(jìn)行單點(diǎn)加載，取跨中截面梁的撓度作為計(jì)算荷載橫向分布的依據(jù)。

進(jìn)行簇釘排間距的影響時(shí)同理。即保留所有橫梁，在其余條件不變的情況下，分別在12排簇釘（a-l）、7排簇釘（a、c、e、g、i、k、l）、4排簇釘（a、e、i、l）、2排簇釘（a、l）四種情況下進(jìn)行試驗(yàn)。

3、計(jì)算結(jié)果及分析

根據(jù)荷載和撓度的關(guān)系，可使用撓度推算該梁所受到的荷載，即可使用梁跨中截面撓度計(jì)算五片梁的跨中荷載橫向分布系數(shù) 。

根據(jù)Midas有限元軟件計(jì)算結(jié)果，得到與橫聯(lián)間距有關(guān)的荷載橫向分布系數(shù)12組，與簇釘排間距有關(guān)的荷載橫向分布系數(shù)12組。

3.1橫聯(lián)間距對(duì)荷載橫向分布的影響

單點(diǎn)荷載作用在各號(hào)梁跨中時(shí)，將不同橫聯(lián)間距下的荷載橫聯(lián)系數(shù)繪制成共三組圖線（圖2左列），可以得出以下結(jié)論：

（1）對(duì)于荷載作用于①號(hào)梁的情況，以承擔(dān)荷載量最大的梁（①梁）為研究對(duì)象，橫聯(lián)間距越小該梁所承擔(dān)荷載量越少。該梁無(wú)橫梁時(shí)荷載橫向分布系數(shù)比200mm橫聯(lián)間距下的最小橫向分布系數(shù)大3.8%。

（2）對(duì)于荷載作用于②號(hào)梁的情況，以承擔(dān)荷載量最大的梁（①梁）為研究對(duì)象，橫聯(lián)間距2000mm時(shí)橫聯(lián)系數(shù)最小，保留全部橫梁時(shí)橫向分布系數(shù)最大。該梁全橫梁下的荷載橫向分布系數(shù)比僅保留端橫梁時(shí)大2.8%。

（3）對(duì)于荷載作用于③號(hào)梁，以承擔(dān)荷載量最大的梁（③梁）為研究對(duì)象，橫聯(lián)間距越小該梁承擔(dān)荷載量越少。該梁無(wú)橫梁時(shí)荷載橫向分布系數(shù)比200mm橫聯(lián)間距時(shí)大22%。

（4）單點(diǎn)荷載作用于中間梁跨中時(shí)，橫聯(lián)間距對(duì)荷載橫向分布系數(shù)影響最大。

3.2簇釘排間距對(duì)荷載橫向分布的影響

單點(diǎn)荷載作用在各號(hào)梁跨中時(shí)，將不同簇釘排間距下的荷載橫聯(lián)系數(shù)繪制成共三組圖線（圖2右列），可以得出以下結(jié)論：

（1）對(duì)于荷載作用于①號(hào)梁的情況，以承擔(dān)荷載量最大的梁（①梁）為研究對(duì)象，簇釘排間距為400mm時(shí)該梁所承擔(dān)荷載量最大。

（2）對(duì)于荷載作用于②號(hào)梁的情況，以承擔(dān)荷載量最大的梁（①梁）為研究對(duì)象，簇釘排間距為750 mm時(shí)橫聯(lián)系數(shù)最大。

（3）對(duì)于荷載作用于③號(hào)梁，以承擔(dān)荷載量最大的梁（③梁）為研究對(duì)象，簇釘排間距越小該梁承擔(dān)荷載量越大。簇釘排間距為200mm時(shí)的荷載橫向分布系數(shù)比簇釘排間距為2100mm時(shí)大約21%。

結(jié)語(yǔ)：

力作用在①號(hào)梁時(shí)，結(jié)構(gòu)處于最危險(xiǎn)狀態(tài)（①號(hào)梁承擔(dān)的荷載量最大），以此情況作為研究目標(biāo)，可知增設(shè)橫梁可提高結(jié)構(gòu)極限承載能力，主要原因是橫梁能增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性，實(shí)際工程可根據(jù)需要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的橫聯(lián)間距。簇釘少的情況下反而結(jié)構(gòu)受力性能較好，也就是說(shuō)此時(shí)鋼梁的撓度小，可能是因?yàn)榇饲闆r下橋面板與鋼梁已經(jīng)基本分離工作，而實(shí)際情況下橋面板與鋼梁有接觸作用，故而有限元計(jì)算時(shí)產(chǎn)生誤差。

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