梁格法在立交橋梁支座選型中的應(yīng)用

龐 有 貴

(太原市市政工程設(shè)計研究院，山西 太原 030002)

?

梁格法在立交橋梁支座選型中的應(yīng)用

龐 有 貴

(太原市市政工程設(shè)計研究院，山西 太原 030002)

以太原市奧體中心濱河西路立交工程為例，采用Midas Civil 大型通用有限元分析軟件，對立交橋梁中彎梁的梁格進行了分析，并將其結(jié)果與單梁模型作了對比，為立交彎梁橋支座選型及設(shè)置提供了依據(jù)。

立交工程，彎梁，梁格法，支座

1 工程概況

近幾年太原市的城市道路發(fā)展迅猛，主城區(qū)道路快速化改造基本完成，新建了一批大型互通立交，為了完善快速路與周邊路網(wǎng)的連接，還需建設(shè)部分互通立交。奧體中心濱河西路立交工程就是在此背景下設(shè)計的。

奧體中心濱河西路立交工程以現(xiàn)狀健康北街為界分為南北兩個匝道，北側(cè)為單向單車道匝道，橋梁寬8 m；橋面寬7 m；南向為單向雙車道匝道，橋梁寬11 m，橋面寬10 m。

北側(cè)橋梁起點樁號K0+136.3，終點樁號K0+415.7，橋梁全長299.4 m。全橋共分四聯(lián)布置，其中第一聯(lián)采用4×20 m等截面連續(xù)混凝土箱梁，第二聯(lián)采用24 m+31.4 m+24 m等截面連續(xù)鋼箱梁，第三、四聯(lián)均采用3×20 m等截面連續(xù)混凝土箱梁，橋梁寬度8 m。橋墩分為兩種類型，其中分聯(lián)處采用帶橫梁雙立柱橋墩，除5號墩采用獨柱墩外，其余均采用花瓶墩，基礎(chǔ)均為承臺配樁基。0號及13號橋臺均采用薄壁橋臺，基礎(chǔ)為承臺配樁基；橋臺后均接匝道引道，兩側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土擋土墻。

南側(cè)橋梁起點樁號K0+125.2，終點樁號K0+447，橋梁全長321.8 m。全橋共分五聯(lián)布置，其中第一聯(lián)采用3×20 m等截面連續(xù)混凝土箱梁，第二聯(lián)采用3×20 m等截面連續(xù)混凝土箱梁，第三聯(lián)采用24 m+31.8 m+26 m等截面連續(xù)鋼箱梁，第四聯(lián)采用2×20 m等截面連續(xù)混凝土箱梁，第五聯(lián)采用3×20 m等截面連續(xù)混凝土箱梁，橋梁寬度11 m。橋墩分為兩種類型，除8號墩采用獨柱墩外，其余采用帶橫梁雙立柱橋墩，基礎(chǔ)均為承臺配樁基。0號及14號橋臺均采用薄壁橋臺，基礎(chǔ)為承臺配樁基；橋臺后均接匝道引道，兩側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土擋土墻。立交橋梁橫斷面見圖1。

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

匝道設(shè)計車速：30 km/h。

橋下凈空高度：≥5.0 m。

橋梁設(shè)計基準(zhǔn)期：100年；結(jié)構(gòu)安全等級為一級。

設(shè)計荷載：城市—A級。

橋面寬度：

0.5 m(防撞護欄)+7 m(機動車道)+0.5 m(防撞護欄)=8 m(北側(cè)匝道橋)。

0.5 m(防撞護欄)+10 m(機動車道)+0.5 m(防撞護欄)=11 m(南側(cè)匝道橋)。

橋面縱坡與橫坡：橋面縱坡、平曲線、豎曲線、橫坡按道路線型要求設(shè)置。

結(jié)構(gòu)抗震標(biāo)準(zhǔn)：按照GB 18306中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖規(guī)定：太原地區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度，地震動峰值加速度0.2g；抗震設(shè)防類別：乙類；抗震設(shè)計方法選用A類；抗震設(shè)防措施等級：9級；抗震重要性系數(shù)：橋梁E1作用下取0.61，E2作用下取2.0；橋梁抗震應(yīng)采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，設(shè)置抗震擋塊。

設(shè)計基準(zhǔn)溫度：15 ℃。

臺后填土高度控制在3 m左右。

橋梁護欄防撞等級分別為：A 級。

環(huán)境類別：Ⅱ類。

3 算例分析

本例取南側(cè)橋梁第二聯(lián)3×20 m等截面連續(xù)混凝土箱梁，轉(zhuǎn)彎半徑R=45 m。

箱梁是單箱雙室斷面，縱向梁格按照箱梁腹板劃分，來有效模擬原結(jié)構(gòu)的受力特征，為了便于加載車道荷載，在梁截面懸臂端部設(shè)置虛擬的縱向梁格單元；基于頂板的劃分方式需強制移動各縱向梁格中性軸使得其與上部結(jié)構(gòu)總體的中性軸基本重合。

為了使梁格模型對荷載靜力分布足夠靈敏，梁格在支點附近和內(nèi)力變化較大的地方進行加密。橫向梁格在支座附近6 m范圍及跨中2 m范圍的間距為1 m，在其他范圍的間距為2 m，跨中橫隔板的抗彎剛度計入包含它的橫向梁格內(nèi)。

橫向梁格垂直于縱向梁格連接形成平面梁格模型，添加邊界條件及各種荷載即可完成建模(見圖2)。

支反力分析結(jié)果如表1和表2所示。

表1 梁格模型支反力 kN

由于梁格法模型和單梁法模型有些差異，為了使梁格法模型和單梁法模型支反力結(jié)果的比較更加直觀，這里使用同一橋墩上左右支座的支反力差值為基數(shù)，以各模型同一橋墩上左右支座支反力的平均值為基準(zhǔn)，來比較梁格模型和單梁模型，比較結(jié)果見表3。

表2 單梁模型支反力 kN

表3 兩模型左右支座支反力差值比較(以梁格模型為基準(zhǔn))

由表3可知，在恒載作用下所有橋墩單梁模型的支反力差值小于梁格模型支反力差值，最大相差4.19%；在標(biāo)準(zhǔn)組合作用下3號和4號橋墩單梁模型的支反力差值大于梁格模型支反力差值，最大相差1.0%，5號和6號橋墩單梁模型的支反力差值小于梁格模型支反力差值，最大相差0.33%；在基本組合作用下4號橋墩單梁模型的支反力差值大于梁格模型支反力差值，相差0.47%，除4號橋墩外的單梁模型的支反力差值小于梁格模型支反力差值，最大相差3.71%。為了更貼近上部結(jié)構(gòu)實際所受支反力情況，建議按梁格法算得的支反力結(jié)果來選擇支座型號。

4 結(jié)語

梁格法是一種將實體結(jié)構(gòu)等效為桿系結(jié)構(gòu)的高效空間結(jié)構(gòu)分析方法，與實體單元法相比有模型簡單、建模高效、計算量小及計算速度快的優(yōu)勢，與單梁模型法相比有計入了結(jié)構(gòu)橫向變形效應(yīng)和提高了計算精度的特點，在寬梁橋及平面異形橋梁受力分析中得到廣泛的應(yīng)用。

[1] 王富萬，楊文兵.梁格法在橋梁上部結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(城市科學(xué)版)，2006(7):80-90.

[2] [英]E C漢勃利.橋梁上部結(jié)構(gòu)性能[M].郭文輝，譯.北京：人民交通出版社，1982.

[3] 黃劍源.薄壁結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)分析[M].北京：中國鐵道出版社，1983.

[4] 戴公連.橋梁結(jié)構(gòu)空間分析設(shè)計方法與應(yīng)用[M].北京：人民交通出版社，2001.

[5] 張發(fā)春，楊昌正.梁格法在彎箱梁橋上的分析及應(yīng)用[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2008(9):13-16.

[6] 鄭振飛，吳慶雄.斜、彎橋跨分析的廣義梁格法[M].北京：人民交通出版社，1998：66-70.

[7] 羅靜峰，田 楊.梁格法在彎箱梁橋結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2010(20):77-104.

The application of grillage method for selecting the bearing of the overpass bridge

Pang Yougui

(TaiyuanMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Taiyuan030002,China)

As the overpass bridge of Taiyuan Olympic Sports Center to Binhe West Road Interchange Project an example, use the APP of Midas Civil to analyze the curved beam of overpass bridge by grillage method, the results compared with single beam model, to guide the selecting the types of bearing and setting it.

overpass, curved beam, grillage method, bearing

1009-6825(2017)06-0214-02

2016-12-14

龐有貴(1985- )，男，助理工程師

U443.36

A