聶玉東，張靜元，李鵬飛

(1.黑龍江省公路勘察設(shè)計院，黑龍江 哈爾濱 150080;2.黑龍江省公路工程造價站，黑龍江 哈爾濱 150000)

0 引 言

鋼板梁橋是中小跨徑鋼橋最常用的形式，簡支鋼板梁橋經(jīng)濟(jì)跨徑一般在40 m以下，當(dāng)采用連續(xù)鋼板梁橋的結(jié)構(gòu)形式時，經(jīng)濟(jì)跨徑可以達(dá)到60 m。在我國，鋼板梁橋主要以工字型截面鋼板梁為主。對公路鋼板梁橋截面采用的主要構(gòu)造形式及主梁橫向聯(lián)系方式進(jìn)行介紹，并對鋼板梁橋主梁橫向分布系數(shù)的計算進(jìn)行探討。

1 鋼板梁橋主梁構(gòu)造

1.1 截面布置

鋼板梁橋上部結(jié)構(gòu)橫斷面主要由工字型鋼板梁和鋼筋混凝土橋面板組成。鋼板梁橋橫斷面布置主要是確定主梁根數(shù)和間距。主梁的間距決定橋面板的跨徑，主梁間距過大時，往往需要設(shè)置小縱梁或較密的橫隔板來減少橋面板跨徑。一般情況下，鋼主梁間距在2.0～3.5 m之間，橋面板懸臂長度在1.0 m以內(nèi)，橋面板跨中厚度控制在26 cm以內(nèi)，懸臂版根部厚度控制在36 cm以內(nèi)。近年來，也有鋼板梁橋采用雙主梁的設(shè)計思路，其主梁間距增大到10 m以上，橋面板跨中厚度在35 cm以上。

鋼板梁主梁斷面示意見圖1，簡支鋼板梁橋鋼梁高通常為12～25(為跨徑)?；炷涟宓暮穸劝聪率接嬎?/p>

=(30+110)

(1)

式中：為主梁間距，m；為與荷載大小有關(guān)的系數(shù)，根據(jù)我國車輛荷載情況，取值10～12。

對于鋼板梁橋，腹板剪應(yīng)力一般較小，腹板厚度多數(shù)由穩(wěn)定控制設(shè)計。為了保證腹板的穩(wěn)定，受彎主梁腹板設(shè)置橫向加勁肋或者同時設(shè)置橫向加勁肋及水平加勁肋。當(dāng)跨徑小于40 m時，腹板厚度一般9～12 mm。

圖1 鋼板梁斷面示意圖

1.2 橫向聯(lián)系

橫向聯(lián)結(jié)系的結(jié)構(gòu)形式和數(shù)量主要由橋梁的整體橫向剛度和主梁的側(cè)向失穩(wěn)要求控制設(shè)計。一般用格子剛度來衡量橋梁的整體橫向剛度，當(dāng)大于10以上時，各主梁分擔(dān)的荷載大體均勻，橋梁的橫向剛度基本滿足要求。

(2)

1=

式中：為主梁跨長；為主梁間距；、為分別為橫梁、主梁的抗彎慣矩；1為換算為單根橫梁的換算剛度；為橫梁根數(shù)修正系數(shù)，橫梁根數(shù)為1～2根時，=1.0，橫梁根數(shù)為3～4根時，=1.6，橫梁根數(shù)為5～6根時，=2.6。

假設(shè)主梁跨度30 m，主梁間距為2.5 m，橫梁與主梁抗彎慣矩相同，在跨中設(shè)置1根橫梁時，根據(jù)上式可計算得到=36，大于10，各主梁分擔(dān)的荷載基本均勻。相關(guān)研究證實，從荷載橫向分配的角度看，橫梁道數(shù)過多沒有明顯效果，僅在端部設(shè)置兩道端橫梁，在跨中設(shè)置1～3道中橫梁即可。用于荷載橫向分布的橫梁要求有足夠的剛度，一般采用實腹式結(jié)構(gòu)。另外，從防止主梁側(cè)向失穩(wěn)的角度看，橫向聯(lián)結(jié)的數(shù)量不宜太少，間距一般不大于6 m，防止主梁側(cè)向失穩(wěn)的橫梁剛度可以相對小一些，通常采用桁架式結(jié)構(gòu)。

2 橫向分布系數(shù)計算

2.1 抗扭修正系數(shù)的計算

(1)抗扭剛度與抗彎剛度比值

鋼板梁截面抗扭剛度較弱，其與抗彎剛度比值較小。這里取9種鋼板梁常用的工字鋼截面，梁高1.0～2.95 m，計算鋼板梁扭剛度與抗彎剛度比值，結(jié)果見表1，可以看出：鋼板梁扭剛度與抗彎剛度比值范圍在2.6×10～2.05×10。

表1 鋼板梁扭剛度與抗彎剛度比值

(2)抗扭修正系數(shù)

抗扭修正系數(shù)按下式計算

(3)

式中：為主梁根數(shù)；為主梁中心距離橋梁中線距離，m；為主梁截面抗扭慣矩，m；為鋼材剪切模量，MPa；為鋼材彈性模量，MPa。

將式(3)變換如下

(4)

可以看出，值與主梁片數(shù)及主梁布置間距有關(guān)。這里以公路橋梁經(jīng)常采用的12.5 m橋?qū)挒槔?，?2.5 m寬的鋼板梁橋，當(dāng)主梁片數(shù)分別為2、3、5、7時，值計算見表2，其值在1.43×10～3.10×10。

值為主梁抗扭慣矩與抗彎慣矩的比值，對一般鋼工字梁截面，值計算見表1，值在2.6×10～2.05×10。

將與相乘，可得·在3.74×10～6.36×10。

表2 A值計算表

對跨徑為20、30、40、50、60 m的簡支鋼板梁，按式(3)計算抗扭剛度修正系數(shù)值，見表3?？梢钥闯觯弘S著跨徑的增加，抗扭剛度修正系數(shù)值減少。當(dāng)跨徑達(dá)到60 m時，最小值為0.978，可近似?。?1。也就是說，對一般跨徑鋼板梁，在采用剛性橫梁法計算橫向分布系數(shù)時，可以不考慮主梁抗扭剛度修正。

表3 抗扭剛度修正系數(shù)計算表

2.2 荷載橫向分布系數(shù)

采用剛性橫梁法計算時，若不考慮主梁抗扭剛度修正，橫向分配系數(shù)僅與主梁橫向布置有關(guān)。計算在橋?qū)捜≈?2.5 m情況下，主梁片數(shù)分別為2、3、4、5、6、7時鋼板梁橋的邊梁橫向分布系數(shù)及中梁橫向分布系數(shù)，列于表4中?？梢钥闯觯弘S著主梁片數(shù)的增加，橫向分布系數(shù)減小。主梁片數(shù)由3片增加到7片時，邊梁橫向分布系數(shù)由1.227減小到0.637。主梁片數(shù)由3片增加到7片時，中梁橫向分布系數(shù)由0.667減小到0.521。中梁橫向分布系數(shù)變化較小。

表4 主梁片數(shù)與橫向分布系數(shù)、不均勻系數(shù)關(guān)系

2.3 荷載橫向分配不均勻系數(shù)

荷載橫向分配不均勻系數(shù)，表示最大荷載橫向分配系數(shù)與平均分配系數(shù)之比。例如，對車道數(shù)為2、橋?qū)挒?2.5 m的橋梁，當(dāng)采用3片主梁時，平均分配系數(shù)為2/3=0.667，邊梁橫向分布系數(shù)為1.227，邊梁不均勻系數(shù)為=1.227/0.667=1.841。按此原則計算邊梁橫向分配不均勻系數(shù)及中梁橫向分配不均勻系數(shù)，列于表4中?？梢钥闯觯哼吜簷M向分配不均勻系數(shù)1.558～2.230，中梁橫向分配不均勻系數(shù)1.001～1.824。

橫向分布系數(shù)β與不均勻系數(shù)的關(guān)系用式(5)表示。

(5)

邊梁不均勻系數(shù)與主梁片數(shù)n關(guān)系用式(6)表示，公式計算值與表4中數(shù)值對比見圖2。

圖2 主梁片數(shù)與邊梁不均勻系數(shù)關(guān)系

=ln(5)-01-06

(6)

中梁不均勻系數(shù)與主梁片數(shù)n關(guān)系用式(7)，公式計算值與表4中數(shù)值對比見圖3。

圖3 主梁片數(shù)與中梁不均勻系數(shù)關(guān)系

=ln()-01

(7)

3 結(jié) 語

(1)從荷載橫向分配的角度看，鋼板梁僅端部設(shè)置兩道端橫梁，在跨中設(shè)置1～3道中橫梁即可。

(2)對一般跨徑鋼板梁，在采用剛性橫梁法計算橫向分布系數(shù)時，可以不考慮主梁抗扭剛度修正。

(3)隨著鋼板梁橋主梁片數(shù)的增加，荷載橫向分布系數(shù)減小。邊梁荷載橫向分布系數(shù)的減小幅度大于中梁。

(4)無論鋼板梁由幾片主梁組成，邊梁荷載橫向分布系數(shù)大于中梁荷載橫向分布系數(shù)。

(5)對橋?qū)?2.5 m的鋼板梁，可以根據(jù)主梁片數(shù)按式(5)式(6)式(7)方便計算出荷載橫向分配不均勻系數(shù)及荷載橫向分布系數(shù)。