CN102953347A - 横向预应力加固的铰接空心板梁桥的设计内力分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种横向预应力加固铰接空心板梁桥的设计内力分析方法，其通过施加横向预应力对铰缝空心板梁桥进行加固，是解决其单板受力与沿铰缝开裂的一种有效途径。本专利针对此类加固方法加固后板梁在纵横向均能承受弯曲的双向受力的特点，将加固后的空心板梁桥比拟为正交异性板，并采用相应的纵横向刚度假设，提出了进行设计此类加固后桥梁的内力分析方法，从而解决了此类问题没有实用的设计计算方法的问题，同时避免了有限元软件计算时建模计算的复杂性与耗时性。

Description

横向预应力加固的铰接空心板梁桥的设计内力分析方法

技术领域

本发明涉及一种横向预应力加固的铰接空心板梁桥的设计内力分析方法，属于桥梁工程技术领域。

背景技术

传统的空心板梁桥设计主要是依靠板梁间有限的铰缝混凝土传递和共同受力的，但随着科技的进步及车辆荷载的不断增大，这种结构设计方法暴露出严重的缺陷，即随着车辆荷载的不断加大，桥梁的横向弯曲增大，而这种桥型结构的横向抗弯性能较弱，导致原有的铰缝混凝土易于开裂、断裂或弯剪破坏，不能有效地分布车辆荷载，致使结构单板受力和坍塌。

而对此类桥施加桥横桥向预应力体系（一般在跨中或1/4跨之间设置若干道横向预应力钢绞线），可以增大桥梁的横桥向的抗弯刚度、减少荷载横向分布的不均匀，防止桥梁的单板受力及桥面开裂、提高结构的耐久性。

但如何对此类加固后的桥梁进行设计分析计算，目前还没有实用简便的方法。以往对铰接板梁桥，一般多利用铰接板法计算其荷载横向分布，将空间问题简化为平面问题，但对于横向加固后的铰接空心板桥梁，传统的铰接板法假定已不成立，其也不符合刚接梁和弹性支承梁法的假定，采用现有有限元软件建模计算加固后桥梁的横向分布影响线及桥梁内力，一方面需要对有限元软件的熟练操作及合理建模，另一方面，其建模计算也具复杂性与耗时性。

因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种改良的横向预应力加固的铰接空心板梁桥的设计内力分析方法，以克服现有技术中的所述缺陷。

发明内容                                                 

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种横向预应力加固的铰接空心板梁桥的设计内力分析方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：横向预应力加固的铰接空心板梁桥的设计内力分析方法具体如下：

1．纵横向刚度的计算假设：

横向预应力加固的铰接桥梁横向刚度可近似按上下实心、中间空心处的截面与实心处截面的加权均值计算其桥单位横向抗弯刚度EJy与抗扭惯性矩GJty，即：（全实心处刚度×对应的宽度+最大空心处截面刚度×空心部分宽度）/板的宽度；而桥梁的纵向抗弯刚度保持不变，即采用原板梁横截面的纵向抗弯刚度，并除以单块板梁的宽度。

2．设计内力的分析：将其按1假设比拟为正交异性板后，对简支的的比拟正交异性板可建立正交异性板的微分方程，用级数分级进行求解计算其板的两个方向的弯矩和剪力等内力。也可借助现有的G-M法，求出相关的参数α、θ等，查表计算其荷载横向分布，进而分析计算给出其设计内力。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1. 本发明的横向预应力加固的铰接空心板梁桥的设计内力分析方法可以较为精确地对加固后的桥梁受力特点进行模拟和设计分析评价，避免复杂的有限元建模分析的过程，而且方便实用。

2. 本发明的横向预应力加固的铰接空心板梁桥的设计内力分析方法给出的内力计算结果较数值计算方法计算所得的略高，用于桥梁加固计算中使桥梁有更充足的安全储备。

3．通过与数值计算方法结果的比较，本发明的设计内力分析方法不但适用于图1中的加固方案一的加固桥梁的内力计算，同样也适用于图3中的加固方案二的加固桥梁的内力计算。

附图说明

图1是本发明的横向预应力加固的铰接空心板梁桥第一实施方式的横断面图。

图2是本发明的横向预应力加固的铰接空心板梁桥第一实施方式的纵断面图。

图3是本发明的横向预应力加固的铰接空心板梁桥第二实施方式的横断面图。

图4是本发明的横向预应力加固的铰接空心板梁桥第二实施方式的纵断面图。

图5是本发明的横向预应力加固的铰接空心板梁桥的桥面铺装钢筋的示意图。

图6是本发明的铰接空心板梁桥的实际结构图。

图7是将图6模拟成比拟正交异性板的示意图。

具体实施方式

请参阅说明书附图1至附图7所示，一种横向预应力加固的铰接空心板梁桥，其由混凝土空心板梁1、铰缝2、横向预应力钢筋3、桥面铺装混凝土4、桥面铺装钢筋5、侧梁锚固体系6、防锈蚀疲劳预应力钢管7以及预应力钢管固定装置8等几部分组成。

而由于横向预应力钢筋3的作用，使加固后的桥梁在结构形式、受力特点产生改变，板梁间可以同时传递横向剪力与弯矩，横向刚性的增大使得荷载不仅在纵向上，同时在横向上进行传布，因此，需要对加固后的桥梁进行设计内力分析计算。

本发明将横向预应力加固的铰缝空心板梁桥整体比拟为理想的正交异性板，提出了进行设计此类加固后梁桥的内力分析的方法，其包括如下步骤：

1）, 纵横向刚度的计算：

加固桥梁的横向刚度可近似按上下实心、中间空心的截面与实心截面的加权均值计算其沿桥纵向的单位横向抗弯刚度EJy与抗扭惯性矩GJty，即：（全实心处刚度×对应的宽度+最大空心处截面刚度×空心部分宽度）/板的宽度；而桥梁的纵向抗弯刚度保持不变，即采用原板梁横截面的纵向抗弯刚度，并除以单块板梁的宽度；

2）, 加固后设计内力的计算步骤：

a．计算几何特性；

按照步骤1）的方法计算板纵横向抗弯惯矩、抗扭惯矩及比拟单宽抗弯惯矩、抗扭惯矩；

b．求参数α、θ；

，

其中、

、

、

分别为每米宽度的纵向抗弯惯矩、抗扭惯矩，横向抗弯惯矩、抗扭惯矩；

c．计算各板梁的横向影响线坐标；

(1)用已求得的θ值，参照G-M法计算图表上用内插法求实际梁位处影响系数K1和K0的值； 

(2)用α值和公式Kα=K0+

（K1-K0）内插求得Kα；

(3)用主梁数n除Kα即得影响线坐标；或直接采用比拟的正交异性板方程进行求解；

d．计算各板梁的荷载横向分布系数或设计内力；

在影响线上按横向最不利位置布置荷载，从而计算出各板梁的荷载横向分布系数或设计内力。

以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。

Claims (1)

1.横向预应力加固的铰接空心板梁桥的设计内力分析方法，其特征在于： 

1）, 纵横向刚度的计算：

加固桥梁的横向刚度可近似按上下实心、中间空心的截面与实心截面的加权均值计算其沿桥纵向的单位横向抗弯刚度EJy与抗扭惯性矩GJty，即：（全实心处刚度×对应的宽度+最大空心处截面刚度×空心部分宽度）/板的宽度；而桥梁的纵向抗弯刚度保持不变，即采用原板梁横截面的纵向抗弯刚度，并除以单块板梁的宽度；

2）, 加固后设计内力的计算步骤：

a．计算几何特性；

按照步骤1）的方法计算板纵横向抗弯惯矩、抗扭惯矩及比拟单宽抗弯惯矩、抗扭惯矩；

b．求参数α、θ；

，

其中，

、

、

、

分别为每米宽度的纵向抗弯惯矩、抗扭惯矩，横向抗弯惯矩、抗扭惯矩；

c．计算各板梁的横向影响线坐标；

(1)用已求得的θ值，参照G-M法计算图表上用内插法求实际梁位处影响系数K1和K0的值； 

(2)用α值和公式Kα=K0+

（K1-K0）内插求得Kα；

(3)用主梁数n除Kα即得影响线坐标；或直接采用比拟的正交异性板方程进行求解；

d．计算各板梁的荷载横向分布系数或设计内力；

在影响线上按横向最不利位置布置荷载，从而计算出各板梁的荷载横向分布系数或设计内力。

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