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公路桥梁荷载横向分布系数的计算问题
作者：叶思凯
来源：《卷宗》2012年第01期
摘 要：在公路桥梁的设计中，荷载横向分布系数的计算问题是设计的核心内容。虽然公路桥梁荷载横向分布系数的计算方式有多种，但是在实质上它们之间是有差异的。为了改进计算方式，使计算过程更加简化和精确。本文阐述了常用的公路桥梁荷载横向分布系数的计算方法及公路桥梁荷载横向分布系数对比，对影响计算问题的主要参数进行了分析。 关键词：公路桥梁；荷载横向分布系数；计算
Roads and bridges lateral load distribution factor calculation problem
Abstract: In the highway bridge design, the lateral load distribution factor calculation is the core of the design. Although roads and bridges lateral load distribution factor is calculated in different ways, but in essence there is a difference between them. To improve the method of calculation, the computation process more streamlined and accurate. This paper describes commonly used roads and bridges lateral load distribution factor in the calculation and distribution of highway bridges lateral load factor comparison, the main problem affecting the calculation of parameters analyzed. Keyword: roads and bridges; lateral load distribution factors; calculation
自从国内外的学者对公路桥梁结构的计算进行大量的研究开始，荷载横向分布系数计算就被广泛应用。采用荷载横向分布系数计算对公路桥梁进行分析，是为了能够使精确的影响面被近似的影响面所取代。此计算主要是将空间问题转变为平面问题进行解决，也就是借助荷载横向分布系数计算出公路桥梁的梁间内力的分布状况。在荷载横向分布系数的计算中，常用的方法有横向铰接板梁法和横向刚接板梁法、偏心压力法和杠杆原理法、比拟正交异性板法和简化计算法，以及修正偏心压力法和弹性支承连续法等。 一、常用的公路桥梁荷载横向分布系数的计算方法 1、横向铰接板梁法和横向刚接板梁法
横向铰接板梁法适应于在无中间横隔梁的装配式桥与无横隔梁的组合式梁桥中。由于正弦荷载取代集中荷载可以减小计算中的误差，所以在假定竖向荷载作用时，可以忽略计算g（x）竖向剪力与m(x)横向弯矩，以及t(x)纵向剪力与n(x)法向力。用半波正弦荷载p(x)=psin 代替集中荷载P，所以正弦分布的竖向剪力为： 。
横向刚接板梁法适应于翼缘板刚性连接的肋梁桥中。按照理论基础进行计算，将赘余弯矩mi引入到铰接的地方，就能够建立赘余力正则方程。由于相邻的主梁接合的地方可以承受弯矩，设定平p（x）=Isin，因此正弦分布的赘余力素为： ，其中 是峰值，所以可以计算出刚接
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梁桥系。如：30米小箱梁计算。跨径30米，横向6片，桥面宽14米，4车道，公路1级荷载。首先要建立空间模型后进行划分实体单元，在实体模型上加载运算后，在计算结果中查询测点位移等结果，计算出梁的挠度分配系数。其次，单梁按照4车道设计，则荷载分布系数为车道4×最大横向分布系数0.182×折减的0.67=0.488。因为实体的计算值大于或接近刚接和铰接板法计算值，没有考虑到横系梁的作用，所以横向联系很弱，导致分布系数偏大。 2、偏心压力法和杠杆原理法
偏心压力法是在忽略主梁对横隔梁的抗扭刚度以及车辆荷载作用下横梁变形的前提下，适用于横向连接，及桥宽跨B/L≤0.5窄桥。其荷载横向分布影响线竖标为：
杠杆原理法主要适合于双主梁桥和无中横梁的桥梁，以及荷载接近主梁支点的m计算中。它忽略了主梁间横向联系的作用，主梁横向联系的刚度要小于支承刚度，由相邻的梁进行分担和传递。
3、比拟正交异性板法和简化计算法
比拟正交异性板法适合于主梁和连续桥面板，以及多横隔梁构成的梁桥。在宽度和跨度的比值较大的情况下，可以将其比拟成一块矩形平板。经过比拟后的在形式上，挠曲面微分方程与正交异性板方程式一样的，只有系数微有变化。
简化计算有助于定性分析与估算公路桥梁结构受力能力，其简化的公式为： 4、修正偏心压力法和弹性支承连续法
由于偏心压力法的假定导致遍粱计算的结果偏大，结合偏心压力法的特点，引入主梁抗扭刚度的修正偏心法。而弹性支承连续粱法属于粱格法，它是按照桥梁的抗弯扭刚度的不同，计算出各支承的法的反力得到荷载横向分布，适合窄桥和宽桥的计算。常用于平面曲线桥的荷载横向分布系数的计算。
二、公路桥梁荷载横向分布系数对比
由于公路桥梁荷载横向分布系数的计算方式有多种，且每种计算都有自己的适用范围及特点，如：正偏心压力法、横向铰接板梁法、弹性支承连续法等。利用桥跨的模型实验，我们对各计算的分布数值和实测值进行了比较。如实验：假设主梁为：5，跨径和间距分别为：20和1.6米，桥宽则为8米，设定中横梁一根，加载跨中的截面，荷载取偏载和中载，可以得到以下横向分布系数的计算值：
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以上实验的计算结果，我们可以看到，荷载横向分布系数的结果只有杠杆计算的结果之间比较接近，是符合实测结果的。由于横向铰接板梁法的适用性较强，适合各种支梁板桥，所以常被用于公路桥梁荷载横向分布系数的计算。 三、参数对荷载横向分布系数计算的影响
在公路桥梁荷载横向分布系数的计算中，国外学者一开始以跨度和间距来进行计算，由于这种方式忽略了某些因素影响到荷载横向分布，如：桥面板的厚度和桥梁跨度、板梁桥的斜交角度和主梁刚度，以及曲线的半径等。根据这些影响因素学者们完善了桥梁荷载横向分布系数的计算：弯矩分布计算和剪力分布计算。 弯矩分布计算的公式为：单车道加载
（3.5f≤S≤16f；20f≤L≤200f；0.375f≤ts≤12.0f；0.48f4≤Kg≤337f；f=304.8mm）。
虽然拥有许多的计算方法，但是对计算方法的规范任然存在不足，也没有提出什么特别的相关规定。为了方便公路桥梁的设计，在考虑车道数和桥梁跨度因素的同时，还考虑到了主梁的刚度和间距，以及曲半径等因素，并对24中不同桥的结构做出了连续性和弯曲度，以及荷载类型对横向分布系数计算影响的分析。在现实中，梁应力根据附属元件的符合作用而减小，外梁和内梁值分别可以达到36%和13%。由于悬臂的增加使附属元件对弯曲分布作用就会减小。当对车辆间距影响到荷载横向分布系数时，考虑到所有因素车辆的定间与变间距影响的误差要小于6%，假如只考虑到局部的荷载时，误差就会更小。所以车辆对公路桥梁荷载横向分布系数造成的影响是一致的，但是与外梁和内梁相比，车距所造成的影响要大。
总而言之，公路桥梁荷载横向分布系数的计算有许多种。但是在同一公路桥梁中，其荷载横向分布系数是不一样的。类型不相同的荷载，其计算值也是不相同的，并且公路桥梁沿纵向的位置也会影响到荷载横向分布系数的计算。根据桥梁的各种影响因素和计算方法的适合范围，采用合适的计算方法。 参考文献
[1] 宋建永,张浩阳,张树仁;公路桥梁荷载横向分布系数简化计算[J];东北公路;2003年04期 [2] 陈宇新,窦玉秋,韩伟峰,李云祥,王肇文;浅析简支梁桥横向分布系数计算[J];东北公路;2003年02期