無(wú)梁板在極小半徑彎橋中的應(yīng)用及其受力分析

李沁泉

湖南發(fā)通路橋集團(tuán)有限公司 湖南郴州 423000

無(wú)梁板橋已經(jīng)有了很多年的應(yīng)用歷史，此種橋梁的上部結(jié)構(gòu)高度相對(duì)較小，給橋下留有較大空間，能夠大大減小總體的橋長(zhǎng)。同時(shí)其具有較強(qiáng)的整體性和適應(yīng)性，應(yīng)用上較靈活，并且施工模板相對(duì)簡(jiǎn)單。正是由于無(wú)梁板橋具有這些特點(diǎn)，將其應(yīng)用于小半徑彎橋施工方面非常適合凈空受限條件下的橋梁建設(shè)。

1 案例基本情況概述

某橋梁位于平曲線半徑R=25m 的彎道上，橋梁所跨河道水面寬度為37m，在洪水期該位置作為泄洪通道，所以為了避免水位上漲而影響正常通行，需要橋下具有較大的過(guò)水?dāng)嗝?，結(jié)構(gòu)建筑高度保持在0．7m 之內(nèi)。橋梁寬度方向主要包括三部分，分別為：人行道（3m 寬）、機(jī)動(dòng)車道（10．2m 寬）、人行道（3m 寬），上部采取55cm 等厚實(shí)心板設(shè)置，下部采取的是柱式墩，采取的是鉆孔灌注樁基礎(chǔ)[1]。

2 有限元計(jì)算模型建立

2.1 模型單元的設(shè)置

為了確保所建立的模型可以更加準(zhǔn)確的反映出橋體受力情況，在進(jìn)行有限元模型建立過(guò)程中一定要充分考量到不同部位的特點(diǎn)。對(duì)于上部的無(wú)梁板來(lái)說(shuō)，可以利用空間實(shí)體單元對(duì)其模擬；對(duì)于橋樁和柱來(lái)說(shuō)，可以利用空間梁?jiǎn)卧獙?duì)其模擬；對(duì)于橋臺(tái)位置橡膠支座來(lái)說(shuō)，可以利用彈簧單元對(duì)其模擬。

2.2 確定相應(yīng)的邊界條件

在確定模型相應(yīng)邊界條件時(shí)，一定要確保其符合實(shí)際橋梁載荷要求，對(duì)其進(jìn)行有效約束，同時(shí)要充分考量到支座彈簧剛度方面的要求以及地基土對(duì)于樁基彈簧約束剛度情況。

2.3 基本工況載荷的確定

為了全面驗(yàn)證橋梁的受力情況，要按照具體的設(shè)計(jì)需求針對(duì)關(guān)鍵控制面（主要包括支點(diǎn)、跨中點(diǎn)、4 分點(diǎn)）添加相應(yīng)載荷，主要包括：恒載荷、汽車載荷、人群載荷、溫度梯度以及沉降等，按照這些載荷組合最不利狀態(tài)對(duì)不同控制面加載。為了能夠更加明確無(wú)梁板小半徑彎橋受力特點(diǎn)，分別針對(duì)不同載荷實(shí)施單項(xiàng)加載。

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 無(wú)梁板變形以及應(yīng)力結(jié)果分析

第一，對(duì)于極小半徑彎橋來(lái)說(shuō)，其最顯著的特點(diǎn)之一就是內(nèi)外弧受力具有非常大的差異，但是絕大部分小半徑彎橋都應(yīng)用在城市的匝道橋方面，一般情況下橋面寬度都在10m 之內(nèi)，底板寬度主要在6m 之內(nèi)，所以在具體應(yīng)用過(guò)程中，斷面配筋設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有明顯體現(xiàn)出內(nèi)外弧鋼筋布置的差異，只要設(shè)置相應(yīng)的偏載增加系數(shù)就能夠得到內(nèi)力控制截面配筋。對(duì)于本例來(lái)說(shuō)，無(wú)梁板橋的橋面寬度（16．2m）和底板寬度（14．2m）都比較大，如果還是采取均設(shè)鋼筋的模式一定會(huì)引發(fā)外側(cè)某些受拉鋼筋應(yīng)力較高而內(nèi)部受拉鋼筋應(yīng)力相對(duì)較低的情況，所以對(duì)于斷面內(nèi)外受力差異進(jìn)行分析是非常必要的。

第二，主要以恒載作用下無(wú)梁板變形、應(yīng)力分布情況來(lái)體現(xiàn)此方面的差異情況。受到恒載作用邊跨無(wú)梁板發(fā)生了比較大的變形（超過(guò)了2．5cm）從外向內(nèi)變形逐漸下降，斷面的內(nèi)外側(cè)變形具有非常顯著的區(qū)別。

第三，將以上對(duì)于無(wú)梁板斷面受力分析情況作為基礎(chǔ)，在小半徑彎橋設(shè)計(jì)過(guò)程中要按照不同控制斷面在最不利載荷情況下應(yīng)力計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，對(duì)于內(nèi)外部單位寬度斷面實(shí)施應(yīng)力積分就能夠獲取內(nèi)外部單位寬度的總體內(nèi)力情況，以橫截面內(nèi)外弧的差異特性為依據(jù)來(lái)獲取縱向受力配筋的情況[2]。

第四，為了保證無(wú)梁板橋的穩(wěn)定性，不但要順著縱向進(jìn)行受力主筋的配置，同時(shí)也要加強(qiáng)無(wú)梁板的橫向受力，特別是加強(qiáng)固結(jié)墩位置以及端橫梁的橫向受力情況。在固結(jié)墩位置無(wú)梁板橋表現(xiàn)出非常明顯的梁體受力特性，具體就是指支點(diǎn)位置上緣的拉應(yīng)力較大（超過(guò)5MPa），橫梁跨中位置受到較大拉應(yīng)力，而下緣則受到較大的壓應(yīng)力。所以在對(duì)橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要明確橫梁最差工況截面，對(duì)其進(jìn)行暗梁方式配筋。

3.2 無(wú)梁板剛度計(jì)算結(jié)果分析

對(duì)于無(wú)梁板橋來(lái)說(shuō)，因?yàn)槠淞焊吆涂缍缺戎迪鄬?duì)較小，所以一定要重點(diǎn)關(guān)注其剛度情況，要確保其符合標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)也要明確其梁體是否有必要設(shè)置預(yù)拱度，在設(shè)置預(yù)拱度的情況下要如何進(jìn)行橫向設(shè)置等等。

第一，對(duì)于活載單獨(dú)作用情況下的剛度進(jìn)行分析，在活載單獨(dú)作用情況下，上部無(wú)梁板最大豎向發(fā)生了0．92cm 的變形，在考慮長(zhǎng)期效應(yīng)的影響下，能夠得到活載撓度為0．92×1．425（長(zhǎng)期撓度系數(shù)）=1．31cm＜L/600=2．2cm，表明上部剛度符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求[3]。

第二，在充分考慮到長(zhǎng)期效應(yīng)影響的情況下，按照荷載頻域效應(yīng)能夠可以確定長(zhǎng)期撓度為4．66cm＞L/1600=0．8cm，所以要進(jìn)行預(yù)拱度的設(shè)置。一般情況下在進(jìn)行預(yù)拱度設(shè)置時(shí)，要根據(jù)結(jié)構(gòu)自重+50%可變載荷頻遇值進(jìn)行長(zhǎng)期撓度值計(jì)算，將其進(jìn)行反向設(shè)置即可。按照此種方式能夠獲取該橋最大預(yù)拱度設(shè)置為4．2cm。需要注意的是，因?yàn)榇藰驅(qū)儆跇O小半徑（R=25m）彎橋，所以預(yù)拱度設(shè)置和常規(guī)直橋有所差異，所以在同個(gè)徑向橫截面順著徑向不同位置需要設(shè)置不同的預(yù)拱度值。

4 結(jié)語(yǔ)

無(wú)梁板橋是最為重要的橋梁型式之一，但是目前還缺少其在小半徑彎橋方面應(yīng)用的深入研究。本文主要以某橋梁為例通過(guò)有限元分析其變形、應(yīng)力、剛度等方面的內(nèi)容，表明其可以有效應(yīng)用在小半徑彎橋當(dāng)中。通過(guò)本文的介紹能夠?qū)︻愃茦蛄汗こ虘?yīng)用提供相應(yīng)參考和幫助，對(duì)于推動(dòng)無(wú)梁板橋應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)意義。