三跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁橋橫梁與橋面板計(jì)算分析

危玉蓉，潘怡宏，梁慶學(xué)

（中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

三跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁橋橫梁與橋面板計(jì)算分析

危玉蓉，潘怡宏，梁慶學(xué)

（中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

以一座三跨變截面連續(xù)梁橋?yàn)槔?，使用MIDAS/Civil軟件建立三維有限元模型,對橋梁橫梁及橋面板結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算。橫梁的靜力計(jì)算分析以平面桿系理論為基礎(chǔ)，橫梁驗(yàn)算分中橫梁與端橫梁驗(yàn)算，主要包含：正截面抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算、正截面抗裂驗(yàn)算、斜截面抗裂驗(yàn)算。橋面板驗(yàn)算主要包括：正截面抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算、使用階段裂縫寬度驗(yàn)算。通過計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn),橫梁設(shè)計(jì)在靜力作用下的應(yīng)力狀態(tài)與承載力完全滿足規(guī)范要求,正常使用階段與施工狀態(tài)的穩(wěn)定性也滿足規(guī)范要求。分析算例可為類似工程設(shè)計(jì)提供參考。

變截面連續(xù)梁橋；有限元模型；中橫梁；端橫梁；橋面板

1 項(xiàng)目背景

某橋梁結(jié)構(gòu)采用50 m+90 m+50 m=190 m懸臂澆筑變截面連續(xù)梁，分南北兩幅設(shè)計(jì)，橋梁全長197.0 m，單幅橋?qū)?6.0 m。

橋梁上部結(jié)構(gòu)采用變截面懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。箱梁為單箱三室直腹板截面，頂寬16.0 m，跨中底寬11.1 m，兩側(cè)翼緣寬2.45 m。連續(xù)箱梁中支點(diǎn)梁高5.5 m，跨中梁高為2.2 m，底板采用變厚度布置，由支點(diǎn)向跨中逐漸減少，支點(diǎn)處厚為75 cm，跨中厚為25 cm。箱室頂板厚度為28 cm，翼緣板端部厚度22 cm，根部厚度55 cm。箱室腹板厚度由支點(diǎn)處經(jīng)一次漸變至跨中，厚度由90 cm漸變至50 cm。箱梁采用節(jié)段對稱懸臂澆筑施工。

2 橫梁預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)

中橫梁順橋向?qū)挒?.5 m，端橫梁順橋向?qū)挒?.5 m。均采用15-12的鋼絞線；錨具采用YGM錨具。中橫梁N1，N2均為7根，端橫梁N1，N2均為2根，橫梁預(yù)應(yīng)力采用抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1 860 MPa的高強(qiáng)度低松馳鋼絞線，見圖1、圖2。

圖1 中橫梁鋼束立面圖（單位：cm）

圖2 端橫梁鋼束立面圖（單位：cm）

預(yù)應(yīng)力鋼束管道壓漿采用PE真空輔助壓漿技術(shù)；預(yù)留管道采用塑料波紋管，摩擦系數(shù)μ=0.17，孔道偏差系數(shù)采用k=0.001 5；鋼絞線采用高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，彈性模量Ep=1.95×105MPa，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度 fpk=1 860 MPa，錨下張拉控制應(yīng)力為0.75 fpk。

3 橫梁計(jì)算與分析

使用MIDAS/Civil軟件建立三維有限元模型,對橋梁橫梁進(jìn)行驗(yàn)算。

3.1 計(jì)算方法

驗(yàn)算時(shí)：恒載計(jì)算采用以下方法：將縱向計(jì)算中一二期恒載產(chǎn)生的支座反力扣除橫梁模型中一二期恒載后，以該值的70%換算為腹板集中力，30%換算為均布力?；钶d求出單列車效應(yīng)，進(jìn)行橫向加載。

3.2 中橫梁計(jì)算與分析

中橫梁的靜力計(jì)算分析以平面桿系理論為基礎(chǔ)，結(jié)合構(gòu)造、預(yù)應(yīng)力鋼束布置和施工特點(diǎn)，將橫梁劃分為32個(gè)單元，35個(gè)節(jié)點(diǎn)，見圖3。橫梁驗(yàn)算主要包含：正截面抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算、使用階段抗裂驗(yàn)算。

圖3 中橫梁計(jì)算模型

3.2.1 正截面抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

從圖4和圖5可知，中橫梁各截面抗力均大于彎矩設(shè)計(jì)值，正截面抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算滿足要求。

圖4 最大彎矩包絡(luò)圖

圖5 最小彎矩包絡(luò)圖

3.2.2 正截面抗裂驗(yàn)算

橫梁按部分預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件設(shè)計(jì)，計(jì)算結(jié)果見圖6、圖7。

圖6 使用階段正截面短期抗裂驗(yàn)算

圖7 使用階段正截面長期抗裂驗(yàn)算

從圖6和圖7可知，正常使用階段短期效應(yīng)組合下，中橫梁正截面應(yīng)力小于規(guī)范允許值；長期效應(yīng)組合下，中橫梁各截面均未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足規(guī)范要求。

3.2.3 斜截面抗裂驗(yàn)算

從圖8可知，正常使用階段中橫梁斜截面抗裂滿足要求。

圖8 使用階段斜截面抗裂驗(yàn)算

3.3 端橫梁計(jì)算與分析

端橫梁的靜力計(jì)算分析以平面桿系理論為基礎(chǔ)，結(jié)合構(gòu)造、預(yù)應(yīng)力鋼束布置和施工特點(diǎn)，將橫梁劃分為32個(gè)單元，35個(gè)節(jié)點(diǎn)，見圖9。橫梁驗(yàn)算主要包含：正截面抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算、使用階段抗裂驗(yàn)算。

圖9 端橫梁計(jì)算模型

3.3.1 正截面抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

從圖10和圖11可知，端橫梁各截面抗力均大于彎矩設(shè)計(jì)值，正截面抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算滿足要求。

圖10 最大彎矩包絡(luò)圖

圖11 最小彎矩包絡(luò)圖

3.3.2 正截面抗裂驗(yàn)算

橫梁按部分預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件設(shè)計(jì)，計(jì)算結(jié)果見圖12、圖13。

圖12 使用階段正截面短期抗裂驗(yàn)算

從圖12和圖13可知，正常使用階段短期效應(yīng)組合下，端橫梁正截面應(yīng)力小于規(guī)范允許值；長期效應(yīng)組合下，端橫梁各截面均未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足規(guī)范要求。

3.3.3 斜截面抗裂驗(yàn)算

從圖14可知，正常使用階段橫梁斜截面抗裂滿足要求。

圖14 使用階段斜截面抗裂驗(yàn)算

4 橋面板計(jì)算與分析

4.1 計(jì)算模型

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，計(jì)算機(jī)病毒問題也變得越來越棘手。計(jì)算機(jī)病毒的防范是一個(gè)綜合的系統(tǒng)工程，它主要包括了對單個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的病毒防范過程。如果想要對整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行防范就必須要進(jìn)行統(tǒng)一的管理，首先必須要使用統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)病毒查找軟件，這個(gè)軟件能夠及時(shí)準(zhǔn)確地對網(wǎng)絡(luò)中的病毒進(jìn)行識別并及時(shí)的做出相應(yīng)的處理。第二，網(wǎng)絡(luò)殺毒軟件要對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行殺毒處理，這些軟件也要能夠在沒有人工干涉的條件下自動升級，自動對病毒進(jìn)行深層次的消毒處理，保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

在上部結(jié)構(gòu)跨中取縱橋向長1 m的普通鋼筋混凝土梁段進(jìn)行建模分析，梁高2.2 m，寬16 m，懸臂長度2.45 m，采用梁單元進(jìn)行模擬，見圖15。橋面板驗(yàn)算主要包括：正截面抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算、使用階段裂縫寬度驗(yàn)算。

圖15 橋面板計(jì)算模型

4.2 主要荷載取值

（1）車輛荷載

車輪荷載為：70 kN，分布寬度：根據(jù)規(guī)范《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）4.1.3-1，沿橫橋向車輪矩形荷載的分布寬度（平行于跨徑方向的分布寬度）b=b1+ 2h=0.82 m,；縱向分布寬度取分析模型的梁段寬度，即1 m。行車道寬11.5 m，按3車道設(shè)計(jì)。

（2）車道荷載

根據(jù)規(guī)范《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）4.1.3～4.15，車輪荷載垂直于板跨徑方向的荷載分布寬度a是變化的，midas在車道線中通過比例系數(shù)（b/a）來調(diào)整車輪荷載的效應(yīng)，比例系數(shù)取值見表1。

表1 車道荷載比例系數(shù)計(jì)算表

4.3 正截面抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

從圖16和圖17可知，橋面各單元抗力均大于彎矩設(shè)計(jì)值，正截面抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算滿足要求。

圖16 最大彎矩包絡(luò)圖

圖17 最小彎矩包絡(luò)圖

4.4 使用階段裂縫寬度驗(yàn)算

從圖18可知，橋面板各單元裂縫寬度均小于容許最大值，使用階段裂縫寬度驗(yàn)算滿足要求。

圖18 使用階段裂縫寬度驗(yàn)算

5 結(jié)論

通過對變截面連續(xù)梁橋橫梁與橋面計(jì)算分析，分析結(jié)果顯示：

（1）正截面抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算滿足要求

（2）使用階段抗裂驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

（3）橋面板受力滿足要求。

本文針對變截面連續(xù)梁橋的橫梁與橋面板進(jìn)行計(jì)算分析，希望能為今后類似工程設(shè)計(jì)提供參考。

[1]葉見曙.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京:人民交通出版社,1998.

[2]范立礎(chǔ).橋梁工程人民[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3]JTG D64-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

U448.21+6

B

1009-7716（2017）04-0070-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.021

2017-02-17

危玉蓉（1985-），女，江西南昌人，工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。