曲線連續(xù)T 型剛構(gòu)橋應(yīng)力優(yōu)化

范琴鋒

(中鐵四院集團廣州設(shè)計院有限公司，廣東廣州　510600)

曲線連續(xù)T 型剛構(gòu)橋應(yīng)力優(yōu)化

范琴鋒

(中鐵四院集團廣州設(shè)計院有限公司，廣東廣州510600)

摘要:以穗莞深城際鐵路新塘站特大橋為背景，采用Midas civil 2012建立該橋的空間有限元模型，并對調(diào)整前后的預(yù)應(yīng)力鋼束張拉控制應(yīng)力進行模擬計算，結(jié)果表明:調(diào)整曲線梁橋內(nèi)外側(cè)預(yù)應(yīng)力鋼束張拉控制應(yīng)力，可明顯減小曲線梁橋截面內(nèi)外側(cè)的應(yīng)力差。關(guān)鍵詞: T型剛構(gòu)橋，曲線梁橋，應(yīng)力優(yōu)化

1　工程概況

穗莞深城際鐵路新塘站特大橋上跨既有廣深鐵路的連接線4線采用半徑R =410 m的曲線。受既有廣深鐵路新塘站站場以及規(guī)劃線的影響，綜合考慮橋梁的整體穩(wěn)定性、墩高較矮、主橋前半部分位于圓曲線與緩和曲線上等情況，主橋采用( 62 +82 +62) m連續(xù)T型剛構(gòu)橋跨越，2號墩為墩梁固結(jié)，3號墩與梁之間設(shè)置支座。全橋曲線部分采用曲線曲做，主橋橋形布置與平面布置圖如圖1，圖2所示。

圖1?。?2+82+62）m連續(xù)T型剛構(gòu)橋布置圖（單位：cm）

圖2　（62+82+62）m連續(xù)T型剛構(gòu)橋平面布置圖（單位：cm）

橋梁主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn): 1)設(shè)計速度: 80 km/h; 2)線路情況:單線，城市軌道交通; 3)軌道類型:無砟軌道; 4)設(shè)計活載: 0.6UIC; 5)地震設(shè)防烈度:設(shè)計地震動峰值加速度0.1g，地震動反應(yīng)譜特征周期0.35 s。

2　主要建筑材料

梁體采用C50混凝土，墩采用C40混凝土，樁基礎(chǔ)采用C35混凝土;梁體縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用17-Φs15.24 mm，15-Φs15.24 mm和12-Φs15.24 mm高強度低松弛鋼絞線。箱梁豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用直徑32 mm的PSB830螺紋鋼筋，JLM-32軋絲錨錨固，內(nèi)徑50 mm鐵皮波紋管成孔;梁體普通鋼筋采用HRB400。

3　橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

橋梁結(jié)構(gòu)形式采用單箱單室變高度直腹板等寬箱形截面，橋梁跨中及邊跨端部截面中心處梁高為4.033 m，中支點截面中心處梁高為7.033 m，箱梁頂寬7.2 m，底板寬5.0 m，頂板厚0.4 m，底板厚0.5 m～1.0 m，其厚度方程為(單位: cm) : d =－4 789.1，x的變化范圍為: 0≤x≤3 820;箱梁變化段范圍內(nèi)梁高按圓曲線變化，其截面中心處梁高方程為(單位: cm) : H =403.3 +24 470.7－x的變化范圍為: 0≤x≤3 820;腹板厚0.5 m～1.0 m，按折線變化;全聯(lián)在中支點和邊支點處設(shè)置端橫隔板，在邊跨跨中和中跨跨中分別設(shè)置30 cm厚的中橫隔板，端橫隔板和中橫隔板均設(shè)置過人洞，主梁跨中及墩頂橫截面如圖3，圖4所示。

圖3　主梁跨中橫截面(單位：cm)

橋梁結(jié)構(gòu)按縱、豎雙向預(yù)應(yīng)力體系設(shè)計，縱向按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計。豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋在腹板沿順橋向每50 cm設(shè)置一根。

4　施工方法

主梁采用掛籃懸臂現(xiàn)澆法施工，其主要施工順序如下: 1)依次完成樁基礎(chǔ)、承臺及墩身施工，架設(shè)0號塊現(xiàn)澆支架，在支架上施工0號塊，待0號塊施工完畢后，依次懸臂現(xiàn)澆剩余節(jié)段; 2)合龍順序:先合龍邊跨，后合龍中跨; 3)施工橋面系等附屬設(shè)施，完成全橋施工。

圖4　主梁墩頂橫截面（單位: cm）

5　截面應(yīng)力優(yōu)化計算

1)結(jié)構(gòu)計算模型。

橋梁結(jié)構(gòu)采用Midas civil 2012建立結(jié)構(gòu)空間桿系有限元模型，計算中按照實際的施工順序進行模擬，全橋共分為175個單元，183個節(jié)點;結(jié)構(gòu)有限元模型如圖5所示。

圖5　橋梁結(jié)構(gòu)三維空間模型

2)計算荷載及參數(shù)。

設(shè)計活載為0.6UIC，二期恒載單線曲線段按98.5 kN/m、直線段按95 kN/m考慮，基礎(chǔ)不均勻沉降為0.15 cm，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件，結(jié)構(gòu)整體升降溫按±20℃考慮，主梁頂板升溫按10℃、降溫按－5℃考慮，其他設(shè)計荷載及相關(guān)參數(shù)按TB 10623—2014城際鐵路設(shè)計規(guī)范取值。

3)應(yīng)力計算結(jié)果比較。

a.鋼束張拉控制應(yīng)力調(diào)整前的計算。在模擬計算時，曲線梁內(nèi)外側(cè)的縱向預(yù)應(yīng)力鋼束張拉控制應(yīng)力均采用0.68fpk=1 264.8 MPa，在運營階段主+附加力作用下，橋梁跨中底緣正應(yīng)力見表1。

表1　跨中截面底緣正應(yīng)力(一)　MPa

從表1的計算結(jié)果可以看出，第一跨跨中截面底緣曲線內(nèi)側(cè)的應(yīng)力是2.02 MPa，是曲線外側(cè)的2.2倍;第二跨跨中截面底緣曲線內(nèi)側(cè)的應(yīng)力是1.2 MPa，是曲線外側(cè)的1.5倍，第三跨跨中底緣曲線內(nèi)側(cè)的應(yīng)力與曲線外側(cè)的應(yīng)力差別不大。從圖1可知，第一跨與第二跨位于圓曲線與緩和曲線上，第三跨位于直線上;此外，曲線梁橋由于腹板內(nèi)短外長，曲線梁橋外側(cè)的腹板受力要比內(nèi)側(cè)腹板大，因而曲線梁橋曲線外側(cè)的應(yīng)力比內(nèi)側(cè)的應(yīng)力要小，并且曲率越小，截面內(nèi)外側(cè)的應(yīng)力相差越大。

b.鋼束張拉控制應(yīng)力調(diào)整后的計算。為減少曲線梁截面底緣內(nèi)外側(cè)應(yīng)力差，可通過調(diào)整曲線梁底板內(nèi)外側(cè)鋼束張拉控制應(yīng)力，把部分梁底板外側(cè)的鋼束張拉控制應(yīng)力調(diào)整為0.75fpk= 1 395 MPa，內(nèi)側(cè)的鋼束張拉應(yīng)力調(diào)整為0.65fpk=1 209 MPa;通過模擬計算，在運營階段主+附加力作用下，橋梁跨中底緣正應(yīng)力見表2。

表2　跨中截面底緣正應(yīng)力(二)　MPa

從表2的計算結(jié)果可以看出，鋼束張拉控制應(yīng)力調(diào)整后，曲線內(nèi)側(cè)的應(yīng)力略為減小，但不明顯;第一、第二跨跨中截面曲線外側(cè)的應(yīng)力增加比較明顯，分別增加了28%和30%，第三跨由于位于直線上，底板的鋼束張拉控制應(yīng)力沒有調(diào)整，其對應(yīng)的截面內(nèi)外側(cè)的應(yīng)力基本無變化。

6　結(jié)語

1)曲線梁橋由于腹板內(nèi)短外長，在同樣的荷載作用效應(yīng)下，曲線梁橋外側(cè)的腹板受力要比內(nèi)側(cè)腹板大，截面外側(cè)的應(yīng)力比內(nèi)側(cè)的應(yīng)力要小，并且曲率越小，截面內(nèi)外側(cè)的應(yīng)力相差越大。

2)通過調(diào)整曲線梁橋底板內(nèi)外側(cè)的張拉控制應(yīng)力差，可明顯減小曲線梁橋截面內(nèi)外側(cè)的應(yīng)力差，使曲線梁橋截面內(nèi)外側(cè)應(yīng)力趨于均勻。

3)曲線梁橋由于橋梁結(jié)構(gòu)自身受力的特殊性，相比同等跨徑的直線梁橋要復(fù)雜，曲線梁橋的受力不可避免地存在“彎—扭”耦合作用，這會引起曲線梁橋截面內(nèi)外側(cè)應(yīng)力存在差異，因而要在結(jié)構(gòu)計算和設(shè)計中引起足夠的重視。本文通過調(diào)整內(nèi)外側(cè)預(yù)應(yīng)力鋼束張拉控制應(yīng)力的方法來優(yōu)化截面應(yīng)力，用三維計算軟件Midas civil 2012進行模擬計算，并驗證了其有效性，可以為同類橋梁的設(shè)計提供參考。

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Stress optimization of the curve continuous T-shaped rigid frame bridge

Fan Qinfeng
( Guangzhou Institute of the China Railway Siyuan Survey＆Design Group Co.，Ltd，Guangzhou 510600，China)

Abstract:This paper takes Xintang station grand bridge of Guangzhou Dongguan Shenzhen intercity railway as the background，using Midas civil 2012 to build space finite element model of the bridge.Simulation calculation is carried out on tension control stress for prestressing of adjustment before and after adjustment，the results show: adjusting the tension control stress of internal and external prestressing tendons of curved girder bridge can significantly reduce the stress difference of the section of curved girder bridge.

Key words:T-shaped rigid frame bridge，curve beam bridge，stress optimization

作者簡介:范琴鋒(1982-)，男，碩士，工程師

收稿日期:2015-11-24

文章編號:1009-6825( 2016) 04-0176-02

中圖分類號:U448.231

文獻標(biāo)識碼:A