某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋內(nèi)力計(jì)算分析

鄧 勇

(大連交通大學(xué)基建處，遼寧 大連 116028)

某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋內(nèi)力計(jì)算分析

鄧 勇

(大連交通大學(xué)基建處，遼寧 大連 116028)

采用橋梁專(zhuān)用有限元軟件MIDAS/Civil對(duì)某大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的上部結(jié)構(gòu)建立橋梁實(shí)體模型，并對(duì)其進(jìn)行了內(nèi)力計(jì)算分析，得出了不同荷載效應(yīng)作用下橋梁的內(nèi)力數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)不同荷載效應(yīng)按照正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行內(nèi)力組合，繪出內(nèi)力包絡(luò)圖，從而為大跨度預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋的配筋設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

連續(xù)梁橋，橋梁模型，內(nèi)力計(jì)算，包絡(luò)圖

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋是預(yù)應(yīng)力橋梁龐大家族中的一員[1]，它有以下優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)良的整體性，抵抗變形和地震能力好，梁頂面坡度小，變形縫設(shè)置數(shù)量少，車(chē)輛顛簸程度小[2]，而且該類(lèi)橋梁日漸完善的設(shè)計(jì)理論、施工技術(shù)使得橋梁施工質(zhì)量安全和施工時(shí)間比較容易掌握，完工后投入人力、物力、財(cái)力數(shù)量小。這些有利條件使得預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋在公路、鐵路和城市橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用[3，4]。

在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占據(jù)著很主要地位的部分就是預(yù)應(yīng)力的設(shè)計(jì)[5]，設(shè)計(jì)時(shí)已有的設(shè)計(jì)經(jīng)常被借為參考依據(jù)，初步設(shè)定結(jié)構(gòu)的構(gòu)件尺寸大小，采用何種材料以及作業(yè)方式，然后模擬連續(xù)梁作業(yè)時(shí)的工序，計(jì)算出連續(xù)梁在永久、臨時(shí)荷載作用下內(nèi)力，依據(jù)連續(xù)梁最大設(shè)計(jì)內(nèi)力包絡(luò)圖完成配筋[6-8]。依據(jù)連續(xù)梁的彎矩包絡(luò)圖來(lái)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋縱向鋼筋的配筋是比較典型的方法，也就是以在不同荷載的組合下連續(xù)梁的破壞情形為依據(jù)進(jìn)行配筋。這種方法與連續(xù)梁在受彎作用下的內(nèi)力相符，受到工程人員的青睞[9，10]。

1 工程背景概況

本文所研究的某預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋位于山東境內(nèi)黃河河段上，梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁，主橋計(jì)算跨度為(42+70+42)m，梁底下緣線按二次拋物線變化。

橋面設(shè)有1.5%的橫坡，2%的縱坡。主梁上部結(jié)構(gòu)為變截面箱梁，采用C50混凝土，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注摩擦樁，橋墩為圓端形實(shí)體墩。設(shè)計(jì)荷載為公路—Ⅰ級(jí)，全橋采用懸臂節(jié)段澆筑施工法。主梁上部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 橋梁模型的建立

本文所研究橋梁上部結(jié)構(gòu)形式為雙向四車(chē)道的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，全橋總長(zhǎng)為154 m，分跨布置為42 m+70 m+42 m。根據(jù)實(shí)際工程情況，本文采用MIDAS/Civil橋梁計(jì)算軟件建立該橋的實(shí)體模型，共劃分為52個(gè)單元，53個(gè)節(jié)點(diǎn)，橋梁實(shí)體模型如圖2所示。

3 荷載組合及內(nèi)力包絡(luò)圖

3.1 恒載內(nèi)力計(jì)算

恒載內(nèi)力包括主梁自重(前期荷載)引起的主梁自重內(nèi)力和后期恒載(如橋面鋪裝、人行道、欄桿、燈柱等)引起的主梁后期恒載內(nèi)力。計(jì)算恒載內(nèi)力，并繪出恒載內(nèi)力圖，見(jiàn)圖3，圖4。

3.2 活載內(nèi)力計(jì)算

活載內(nèi)力由可變作用的汽車(chē)荷載(包括車(chē)道荷載和車(chē)輛荷載)及人群荷載產(chǎn)生。根據(jù)建立的有限元模型進(jìn)行影響線分析，得到橋梁各個(gè)截面的內(nèi)力影響線，對(duì)這些內(nèi)力影響線進(jìn)行最不利加載，并考慮相應(yīng)的橫向分布系數(shù)和沖擊系數(shù)，就能得到這些內(nèi)力的最大值和最小值，從而繪出內(nèi)力包絡(luò)圖，見(jiàn)圖5，圖6。

3.3 荷載組合

設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)力需要進(jìn)行組合，包括正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)兩種。其中按第一種狀態(tài)組合主要采用荷載短期效應(yīng)和長(zhǎng)期效應(yīng)兩種組合。荷載短期效應(yīng)組合是可變荷載頻遇值和永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值兩種效應(yīng)的組合，其計(jì)算公式為：

其中，Ssd為進(jìn)行荷載短期效應(yīng)組合后的設(shè)計(jì)值；ψ1j為系數(shù)，修正第j個(gè)可變荷載效應(yīng)的頻遇值；ψ1jSQjk為第j個(gè)可變荷載效應(yīng)修正后的頻遇值。

經(jīng)過(guò)用軟件分析計(jì)算出荷載短期效應(yīng)組合的內(nèi)力值，并繪出包絡(luò)圖，見(jiàn)圖7，圖8。

可變荷載準(zhǔn)永久值和永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值兩種效應(yīng)的組合就是荷載長(zhǎng)期效應(yīng)組合，其計(jì)算公式為：

其中，Sld為進(jìn)行荷載長(zhǎng)期效應(yīng)組合后的設(shè)計(jì)值；ψ2j為系數(shù)，修正第j個(gè)可變荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久值；ψ2jSQjk為第j個(gè)可變荷載效應(yīng)修正后的準(zhǔn)永久值。

經(jīng)過(guò)MIDAS/Civil分析計(jì)算出作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合的內(nèi)力值，繪出包絡(luò)圖，見(jiàn)圖9，圖10。

采用基本組合主要是按承載能力極限狀態(tài)組合設(shè)計(jì)時(shí)用的，也就是可變荷載設(shè)計(jì)值和永久荷載的設(shè)計(jì)值兩種效應(yīng)的組合，其計(jì)算公式為：

其中，Sud為進(jìn)行基本組合后的效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值；γ0為系數(shù)，由結(jié)構(gòu)重要性決定；γGi為分項(xiàng)系數(shù)，修正第i個(gè)永久荷載效應(yīng)；γQ1為分項(xiàng)系數(shù)，修正汽車(chē)荷載效應(yīng)；γQj為分項(xiàng)系數(shù)，修正除汽車(chē)荷載

效應(yīng)(包括汽車(chē)離心力和沖擊力)外的其他第j個(gè)可變荷載效應(yīng)；SGik為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值，由第i個(gè)永久荷載效應(yīng)產(chǎn)生；SQ1K為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值，由汽車(chē)荷載效應(yīng)(包括汽車(chē)離心力和沖擊力)產(chǎn)生；SQjk為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值，由除汽車(chē)荷載效應(yīng)(包括汽車(chē)離心力和沖擊力)外的其他第j個(gè)可變荷載效應(yīng)產(chǎn)生；ψc為組合系數(shù)，修正除汽車(chē)荷載效應(yīng)(包括汽車(chē)離心力和沖擊力)外的其他可變荷載效應(yīng)。

經(jīng)過(guò)軟件分析計(jì)算出的基本組合內(nèi)力值，繪出包絡(luò)圖，見(jiàn)圖11，圖12。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)MIDAS/Civil橋梁計(jì)算軟件計(jì)算出主梁在各種荷載效應(yīng)作用下的內(nèi)力，并按照正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)組合，繪出內(nèi)力包絡(luò)圖。

1)經(jīng)分析計(jì)算，得出主梁最大壓應(yīng)力為8.21 MPa，小于抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值23.1 MPa，最大拉應(yīng)力為0.41 MPa，小于抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值1.33 MPa，強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；2)經(jīng)分析計(jì)算主梁抗剪設(shè)計(jì)值為24 355 kN，大于主梁剪力最大值18 327 kN，滿(mǎn)足斜截面抗剪設(shè)計(jì)要求；3)本文的分析結(jié)果為后續(xù)預(yù)應(yīng)力鋼筋配置提供了設(shè)計(jì)依據(jù)，此法也可作為同類(lèi)橋型的設(shè)計(jì)參考。

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[8] 徐 岳，王亞君，萬(wàn)振江.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社，2000.

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Internal force calculation and analysis of a certain prestressed concrete continuous beam bridge

DENG Yong

(DalianJiaotongUniversity,CapitalConstructionDepartment，Dalian116028,China)

MIDAS/Civil is adopted to make a superstructure of a certain prestressed concrete continuous beam bridge model, and to analyze its internal force. So internal force data of bridge in different loads are obtained, different loads are combined together to calculate internal force envelope data base on serviceability limit state and ultimate limit state, and then envelope diagrams are made. The results can be used as a reference in designing prestressed reinforcing bar when designing a continuous beam bridge.

continuous beam bridge, bridge model, internal force calculation, envelope diagram

1009-6825(2014)07-0169-03

2013-12-29

鄧 勇(1977- )，男，工程師

U442

A