連續(xù)剛構(gòu)橋中跨置換模型分析

(重慶交通大學(xué)　重慶　400074)

一、前言

國(guó)內(nèi)于上世紀(jì)70年代開(kāi)始大跨徑混凝土連續(xù)梁(剛構(gòu))橋的建設(shè)工作，因其良好適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性迅速成為跨徑60m～300m范圍內(nèi)最具競(jìng)爭(zhēng)力的橋型，被廣泛運(yùn)用于公路大型橋梁及市政高架橋梁。由于當(dāng)時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料理論不完善、日益遞增的交通運(yùn)輸量、養(yǎng)護(hù)管理的局限性和近年來(lái)惡劣的自然條件，引發(fā)了部分橋梁的各種問(wèn)題和結(jié)構(gòu)性病害，主要表現(xiàn)為開(kāi)裂和跨中下?lián)系葐?wèn)題，嚴(yán)重者將限制橋梁的正常使用或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)喪失承載能力?，F(xiàn)通過(guò)理論分析研究出了一種梁段置換加固方法，即將跨中相當(dāng)長(zhǎng)度的混凝土梁段置換成鋼梁梁段，從而徹底解決跨中下?lián)蠁?wèn)題，并提高橋梁承載能力。

二、節(jié)段置換模型

試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆蛐筒贾脼?.5m+6m+3.5m，模擬三孔一聯(lián)的預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋，邊中跨比為0.583。截面采用單片工字梁代替箱梁截面，模擬其受力特性。主梁縱向采用變高度梁，跨中及邊跨合攏段梁高為0.28m，中支點(diǎn)處梁高為0.6m。全橋頂板厚為0.12m，寬為0.6m，腹板厚為0.07m。

圖1　置換前模型實(shí)體單元模型

首先置換加固節(jié)段長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，考慮到如果置換加固法運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中，過(guò)長(zhǎng)的置換加固節(jié)段對(duì)于橋梁加固來(lái)說(shuō)的經(jīng)濟(jì)代價(jià)非常大，而且置換加固節(jié)段長(zhǎng)度越長(zhǎng)，施工難度越大，工期也越長(zhǎng)，這是非常不可取的。對(duì)于本文模型橋來(lái)說(shuō)，如果將置換加固段長(zhǎng)度設(shè)置太短，構(gòu)件尺寸的限制會(huì)直接導(dǎo)致置換加固過(guò)程的模擬不符合設(shè)計(jì)甚至試驗(yàn)失敗的情況。因此將置換加固長(zhǎng)度定為跨中2m節(jié)段，即主跨的1/3。這是因?yàn)?，重慶石板坡長(zhǎng)江大橋復(fù)線橋的鋼梁長(zhǎng)度108m，主跨長(zhǎng)度為330m,鋼梁長(zhǎng)度接近主跨的1/3，說(shuō)明置換加固段長(zhǎng)度設(shè)置為主跨的1/3是切實(shí)可行的。而且本文模型橋進(jìn)行置換加固時(shí)，跨中2m長(zhǎng)度能夠滿足節(jié)段切除方案以及鋼混接頭安裝澆筑完畢后預(yù)應(yīng)力的再次張拉預(yù)留長(zhǎng)度，對(duì)于靜載試驗(yàn)荷載的確定也有一定的幫助，可以說(shuō)是對(duì)于本文模型橋來(lái)說(shuō)較為合理的置換加固長(zhǎng)度。

由于中跨長(zhǎng)6m，節(jié)段置換后的模型將選取中跨1/3梁(即2m長(zhǎng))段置換成鋼梁，提高橋梁的承載能力。其中2m長(zhǎng)鋼梁分為0.4m鋼混接頭+1.2m鋼梁梁段+0.4m鋼混接頭。模型采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬，并進(jìn)行六面體網(wǎng)格劃分。混凝土的本構(gòu)模型同加固前試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆驅(qū)嶓w模型，鋼梁采用 Q345材料，本構(gòu)模型選用范梅塞斯模型，初始屈服應(yīng)力為 345Mpa,本模型假設(shè)鋼材為完全塑性材料，因此定義函數(shù)選擇無(wú)。

圖2置換后模型實(shí)體單元模型

三、節(jié)段置換計(jì)算結(jié)果

在 Midas/FEA 中對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆蚩缰袃擅字脫Q加固段頂面單元施加 30kN/m2均布面壓力，分析類型選擇非線性分析，荷載步驟數(shù)設(shè)置為 200，以確定截面應(yīng)力達(dá)到抗裂計(jì)算限值時(shí)的荷載值。經(jīng)有限元建模計(jì)算，加固前預(yù)應(yīng)力混凝土梁模型橋跨中兩米節(jié)段受均布荷載達(dá)到12.6KN/m時(shí)，跨中底板拉應(yīng)力超過(guò)ftk=2.4Mpa。現(xiàn)擬用12.6KN/m跨中兩米節(jié)段均布荷載作為構(gòu)件開(kāi)裂荷載計(jì)算值，進(jìn)行本次靜載試驗(yàn)。下面是加載到控制荷載時(shí)置換前后關(guān)鍵截面處的位移計(jì)算值。

表1　關(guān)鍵截面位移計(jì)算值比較(mm)

四、結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋由于中跨自重大導(dǎo)致跨中下?lián)蠂?yán)重的問(wèn)題，提出節(jié)段置換的方法，并分別建立置換前后小比例模型，做荷載靜力分析，發(fā)現(xiàn)置換后中跨跨中處置換后下?lián)厦黠@減小，說(shuō)明中跨置換成鋼梁能有效減輕下?lián)?，這對(duì)以后的舊橋加固具有一定得參考意義。

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