小议简支梁桥主梁及横隔梁内力计算分析

李东明

摘 要：结合桥梁设计工作实践经验论述了简支梁桥主梁及横隔梁内力计算，设计一座桥梁首先要重视总体方案、桥型及布置得合理性。上部结构的跨径及构造形式等技术指标被确定后，就要进行各部件的详细计算。从简支梁桥的受力情况和材料的用量来看，主梁是最主要的跨越构件，横梁只是起分布荷载的作用，大部分都在主梁的设计上而对于横梁，只是在给定的尺寸下，进行配筋和应力验算其目的在于为今后类似工程提供设计、施工、监理等参考资料。

关键词：桥梁工程 简支梁 横隔梁 设计 内力 计算 分析

中图分类号：U448.21 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（b）-0-01

主梁的设计内力包括恒载内力、活载内力和其他作用引起的内力。桥梁设计内力中恒载的计算比较简单，通常可以近似地将桥面铺装、人行道、栏杆等重量分摊给各片主梁来承担，按平面问题计算各片主梁的内力。梁桥由承重结构主梁及传力结构横隔梁、桥面板等两大部分组成，多片主梁依靠横隔梁和桥面板联成空间整体结构，当桥上作用荷载时，各片主梁将共同参与工作，考虑到活载的作用具有空间性，它们的受力特征属于空间结构的范畴，求解结构的内力是属于空间计算理论问题。应该空间计算理论并借助相关的桥梁结构分析软件，由计算机分析计算可得到结构上任一点的内力或挠度。由于空间结构分析计算量相对于平面结构要大得多，为了简化计算，也便于手算，通常采用下述实用空间计算方法，将复杂的空间问题合理转化成简单的平面问题来求解主梁的内力或挠度。

1 主梁内力的计算分析

对于跨径在10 m以内的简支梁，通常只需要计算跨中截面的最大弯矩、剪力和支点截面的剪力；跨中与支点之间各截面的剪力可以近似地按直线规律变化，弯矩可假设按二次抛物线规律变化。对于较大跨径的简支梁，一般还应计算1/4跨径截面的弯矩和剪力。如果主梁沿桥的轴线方向截面有变化，如梁肋宽度或梁的高度变化，则还应计算变化处截面的内力。在计算截面内力后，就可按钢筋混凝土和预应力混凝土的计算原则，进行主梁各截面的配筋设计和验算。

（1）恒载内力计算：为了按各种极限状态来设计钢筋混凝土及预应力混凝土梁，就需要确定主梁沿桥跨方向各个截面的计算内力，就是将各类荷载引起的最不利内力乘以相应的荷载安全系数后，按规定的荷载组合而得到的内力值。钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁的恒载，一般情况占60%～70%，梁的跨径愈大，恒载所占的比重也愈大。在计算恒载内力时，往往将横梁、铺装层、人行道和栏杆等重力均匀摊给各主梁承受。因此，对于等截面梁桥的主梁，其恒载可按简单的均布荷载进行计算。为了更精确起见，也可根据施工安装的情况，分阶段、按荷载横向分布的规律进行分配计算。

（2）活载内力计算：公路桥梁的活载计算，主要包括汽车荷载、人群荷载等几部分，活载内力计算采用直接布载的方法计算。当桥梁为多跨连续结构时，整个结构应按其最大计算跨径的纵向折减系数进行折减。

（3）主梁内力组合：结构在恒载作用下，其反力和内力是不变的，但在活载的作用下，结构的反力和内力都将随着荷载位置的移动而变化。为了求得结构的反力及内力的最大值，就必须研究活载移动时反力和内力的变化规律，这必然就应引入影响线的概念。在结构设计中，按所需验算的截面，依据内力包络图得到该截面相应的量值，根据桥梁现行规定进行相应的验算。对于小跨径的简单结构，所需要计算的截面较少，也不必要绘制内力包络图，直接利用荷载组合值进行结构验算。

2 横隔梁内力计算分析

在设有横隔梁的钢筋混凝土及预应力混凝土梁桥中，为了保证各主梁共同麦力和加强结构的整体性，横隔梁本身或其装配接头必须具有足够的可靠性。特别是在桥梁扩宽和车辆荷载的时候，横隔梁的正确受力分析和设计计算在桥梁设计中十分重要。纵横向的主梁和横隔梁共同组成桥梁空间梁格结构，要想精确地分析横隔梁的受力，是十分复杂且困难的事情。在实际工程设计中，可结合主梁横向分布计算的原理，采用简化的实用近似计算方法，如偏心压力法、比拟正交异性板法等。横隔梁和主梁实际上是不可分割的整体，横隔梁所承受的荷载大小与主梁的荷载横向分布有直接的关系。所以，严格来讲，横隔梁的内力计算方法应与相应的主梁计算方法一致。由于偏心压力法计算比较简单，精度也能满足要求，得到广泛的应用。

（1）偏心压力法计算横隔梁内力：当桥梁的宽跨比小于或接近0.5时，横隔梁的变形相对于纵向主梁变形是微不足道的，这种情况下横隔梁的刚度较大而主梁的刚度较弱，因此，桥梁中的横隔梁便可近似地视作为用偏心压力法计算横隔梁内力，其力学模型是将中横隔梁近似地视作竖向支撑在多根弹性主梁上的多跨弹性支撑连续梁，鉴于各主梁的荷载横向影响线，也即为弹性支撑力影响线在主梁计算中已经求得，所以连续梁可以简单地用静力平衡条件来进行求解。对于具有很多根内横梁的桥梁，由于位于跨中的横梁受力最大，通常只要计算跨中横隔梁的内力，其他横隔梁可以偏安全地依此进行设计。绘制内力影响线时只需要标出几个控制点的竖坐标值。对于非直接作用于横隔梁上的荷载，在计算内力时实际上应考虑间接传力的影响。梁之间区段应取虚线之值。但鉴于计算中主要荷载作用于横隔梁上，为了简化计算，仍可偏安全地忽略间接传力的影响。作用在横梁上的计算荷载汽车荷载的作用下，横隔梁的计算采用车辆荷载加载。

（2）横隔梁的内力计算：将计算荷载在横隔梁某截面的内力影响线上按最不利位置加载，就可求得横隔梁在该截面上的最大（最小）内力值。在计算中对于汽车荷载应计入冲击作用，并按实际情况计入车道折减系数。由于横隔梁的恒载内力相对比较小，在设计中一般略去不计。在求得横隔梁的内力后，就可按钢筋混凝土或预应力混凝土结构的计算原理来配置配筋，并进行承载能力计算和其他验算。对于横隔梁用焊接钢板接头连接的装配式T形梁桥，应根据接头处的最大弯矩值来确定所需钢板尺寸及焊缝

长度。

3 结语

通常在施工前设计时，总是先根据使用要求、跨径大小、桥面净宽、荷载等级、施工条件等基本资料，运用对结构物的构造知识并参考已有桥梁的设计经验来拟定结构物各部件的截面形式和细部尺寸，估算结构的自重，然后根据作用在结构上的荷载，用熟知的数学、力学方法计算出结构各部分可能产生最不利的内力，再由已求得的内力进行强度、刚度和稳定性的验算，以此来判断原先拟定的细部尺寸是否符合要求，直至符合标准为止。

参考文献

[1] 潘玲萍.公路钢筋混凝土简支梁桥计算探讨[J].科技创新与应用，2012（2）：132-133.