桥梁设计过程中的横向分布系数计算研究.pdf

桥梁设计过程中的横向分布系数计算研究 黄有为， 巫祖烈 重庆市交通规划勘察设计院， 重庆市 ； 重庆交通大学， 重庆市 摘 要： 本文就从横向分布系数的简述开始， 对横向分布系数及其计算方法进行 详细的分析， 进而来探讨桥梁设计过程中的横向分布系数计算的优化方 法。 关键词： 桥梁设计 横向分布系数 计算 横向分布系数的简述 横向分布系数是把单位荷载按横向最不利位置布置在荷载横向影 响线上， 求得各片主梁分配到的横向荷载的最大值为 ， 此 。表示主 梁在横向分配到的最大荷载比例， 即称为荷载横向分布系数。它的基 本原理是用一个近似的内力影响面去代替精确的内力影响面来计算某 片梁的内力。简单来说就是把空间问题合理的转化为平面问题。在进 行桥梁设计的过程中进行荷载横向分布系数的计算是必不可少的一项 工作， 但是荷载横向分布系数计算是一个非常复杂的过程， 出现误差已 经是一种非常普遍的现象了。所以， 在进行荷载横向分布系数计算的 过程中需要明确影响面与影响线、 荷载与内力。 （ ） 影响面与影响线。荷载横向分布系数是将桥梁设计的空间问 题转化为平面问题计算的一种方式。准确的确定桥梁的影响面是避免 计算过程中出现错误所需要的条件之一。鉴于实际结构过于复杂， 在 确定影响面是尽量避免混淆。影响线是荷载横向分布系数计算中需要 运用到的条件之一。同样的确定影响面是非常关键的， 其比影响面更 容易出现混淆， 在确定时一定要慎重。 （ ） 荷载与内力。严格来讲， 荷载与内力是有一定的分别的。但是 因为桥梁实际结构过于复杂， 在确定荷载与内力时容易出现混淆而导 致两者的确定不够准确。一旦作为主体的荷载和内力确定不够准确， 直接导致整个荷载横向分布系数不准确， 相应的影响整个桥梁设计方 案的准确性。所以， 在确定荷载与内力时需要慎重的考虑和分析后下 定论。 横向分布系数的计算方法 在桥梁设计过程中进行横向分布系数计算是不可缺少的重要内容 之一。能够应用于桥梁设计横向分布系数计算的方法主要有： 杠杆原理法 所谓杠杆原理法是在忽略主梁之间的横向联系作用的基础上将横 向结构作为沿横向支撑在主梁上的简支梁或悬梁作为杠杆来考虑。应 用杠杆原理法来计算横向分布系数的计算能够想相对比较准确的计算 出结果。具体的计算内容是首先确定荷载横向影响线和横向分布系 数。两者直接关乎整个计算结果能否准确， 通过分析主梁所受最大荷 载， 进而利用反力影响线来求解荷载横向影响线和横向分布系数。其 次， 依据荷载横向影响线和横向分布系数来确定最差的荷载位置， 并按 照杠杆原理计算出最差荷载位置的能够承受的汽车、 挂车、 人的强度， 应用函数公式表示为： 汽车： 挂车： 人群： 最后， 结合以上条件综合分析整个桥梁的实际情况， 再次利用杠杆 原理计算出双主桥梁的荷载横向分布系数计算值。 刚性横梁法 此种方法是假定衡量刚性无限大的情况下， 在荷载的作用下， 整个 桥梁刚性变化较小， 依旧保持直线。也就是通过桥梁刚性侧面计算横 向分布系数的值。刚性横梁法的运用同样是先确定荷载横向影响线和 横向分布系数， 将两者作为不同情况下荷载计算的条件。由于横梁在 不同条件下会有一定的变化， 相应的荷载的计算值也会受到影响。依 据力学原理推算出桥梁刚性法的计算公式， 按照以下不同情况， 所表达 的荷载计算公式是： 桥梁刚性在中心荷载作用下的公式是： 桥梁刚性在偏心力矩作用下的公式是： 桥梁刚性在偏心荷载是各主梁的作用力的作用下公式是： 注： 表示荷载作用在 梁轴上； 表示 主梁与横截面的距离。 桥梁设计过程中横向分布系数的计算 合理而准确的计算出横向分布系数的值才能够进行准确的桥梁设 计， 为将整条公路铺设在祖国大地上而创造条件。桥梁设计过程中横 向分布系数的具体计算是： 明确桥梁荷载的横向分布系数计算原理 在确定桥梁内力值时需要明确整个桥梁需要承受的人群、 车辆等 的荷载值， 将其作为计算桥梁内力值计算的条件之一。在此基础上求 得单一梁上的截面内力， 计算出不同类型依据整个桥梁所具备的单一 梁的总数量， 进而算出整个梁上的截面内力。由于是结合汽车、 人群等 荷载求得的桥梁内力， 那么桥梁的内力分为最大荷载和最小荷载的两 种情况。为此， 需要通过采用近似处理的方法来进行桥梁内力值的计 算， 最终求得桥梁内力值。 桥梁的理论分析 在进行桥梁结构设计的过程中， 桥梁的主梁的数量较多， 精确的计 算出荷载弯矩和剪力难度较大， 相应的计算横向分布系数精确值比较 困难。为此就上文中所提及的杠杆原理法和刚性桥梁法进行分析， 应 用杠杆原理法进行桥梁荷载横向分布系数计算过程中需呀满足荷载横 向影响线和横向分布系数精确化的情况下计算， 而由于就实际情况分 析， 此种方法无法满足经济性和安全性的需求。这是在应用杠杆原理 法存在的弊端。刚性横梁法是以桥梁刚性最大化的这个假设为前期， 展开的一种有效的计算方法， 但是， 由于桥梁设计中所构造的主梁数量 较多， 如若按照每个主梁刚性最大化为前提进行每个主梁横向分布系 数的计算， 最终所确定的桥梁荷载横向分布系数的值存在的误差较大。 桥梁设计过程中横向分布系数的计算 针对以上桥梁理论的分析所得到的结论是应用空间数值方法进行 计算。此种方式的计算是计算机软件程序为操作工具， 充分的结合有 限单元法、 空间梁单元法、 三维实体单元法以及板桥单元法进行详细的 横向分布系数的计算。具体的计算方式是首先确定桥梁截面变形和内 力。就是将整个桥梁进行离散分析， 确定各个单一主梁所具有的内力， 进而计算出整个桥梁截面的内力。其次， 应用三维实体单元法就以上 离散分析的各个主梁在计算机软件上进行三维仿真处理， 进而充分的 分析主梁的局部应力。在此基础上进行平面同实体相结合而明确整个 桥梁复杂的连接结构。最后， 应用板壳单元法对整个复杂的连接结构 进行单元式的离散， 进而计算出整个桥梁的横向分布系数的值。 结束语 在科学技术不断创新和发展的今天， 桥梁设计过程中所进行复杂 的横向分布系数计算可以结合先进的计算机技术和有限单元理论分析 法对荷载横向分布系数的计算进行发展促使桥梁横向分布系数的计