裝配式渡槽橋梁設(shè)計與計算分析

段江遠， 劉恪海

(東莞市水利勘測設(shè)計院有限公司喀什分公司，新疆 喀什 844000)

0 引 言

渡槽是輸送渠道水流跨越河流、道路、山谷等架空輸水構(gòu)造物，在水工結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較為廣泛[1,2]。與涵洞相比較，渡槽在跨越溝谷和河道時能通過較大的洪水，不影響河道的行洪需求，與倒虹吸相比，渡槽槽身較短，較為簡便，且水頭損失較小，所以在許多水利及引水工程中都大量使用渡槽?，F(xiàn)階段渡槽結(jié)構(gòu)大多為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，且跨度較小，大多數(shù)渡槽斷面采用U形斷面[3]，經(jīng)長時間使用，后期渡槽病害較多，且不易檢修，所以裝配化兼具檢修通道的渡槽的需求越來越大[4,5]。本文針對此種情況，以某典型水利工程中的渡槽為研究對象，提出一種水陸兩用的裝配式渡槽結(jié)構(gòu)，并通過結(jié)構(gòu)尺寸擬定、結(jié)構(gòu)受力分析等全面研究該渡槽結(jié)構(gòu)的合理性，相關(guān)研究成果能為后續(xù)類似工程提供參考。

1 工程概況

本文以新疆某防滲改建工程為依托，考慮到工程后期檢修方便，渡槽結(jié)構(gòu)擬采用裝配式箱形渡槽結(jié)構(gòu)，渡槽斷面寬度為5.0 m，上部結(jié)構(gòu)采用20 m預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制渡槽，下部結(jié)構(gòu)橋墩采用實體墩，橋臺采用柱式結(jié)構(gòu)。上部結(jié)構(gòu)主梁跨中高度為1.7 m，主梁端部梁高為1.85 m，跨中頂板厚度為25 cm，底板厚度為25 cm，腹板厚度為35 cm，端部頂板厚度為35 cm，底板厚度為30 cm，腹板厚度為100 cm。渡槽結(jié)構(gòu)擬采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力鋼束型號為13&15.2，一共采用三束鋼束進行設(shè)計。渡槽一般構(gòu)造如圖1所示。

圖1(a) 渡槽一般構(gòu)造圖(單位：cm)

圖1(b) 渡槽一般構(gòu)造圖(單位：cm)

2 有限元模型分析

本文采用有限元通用軟件MIDAS Civil進行計算，渡槽結(jié)構(gòu)采用單梁模型，建立全橋有限元模型。全橋共劃分為21個節(jié)點、20個單元，其中渡槽槽體采用梁單元模型模擬。橋面約束體系按實際支座位置進行布置并耦合相應(yīng)自由度。模型中結(jié)構(gòu)自重、二期恒載、過水荷載等均按實際質(zhì)量分布進行模擬，車道荷載參考公路橋梁規(guī)范進行施加，結(jié)構(gòu)整體升溫采用30 ℃，結(jié)構(gòu)整體降溫-25 ℃，過水荷載按實際渡槽流量進行計算，按恒荷載進行施加。橋型結(jié)構(gòu)有限元模型如圖2所示。

圖2 渡槽有限元模型

3 計算結(jié)果與分析

根據(jù)有限元模型計算得到該類渡槽橋梁靜力計算結(jié)果，如圖3～圖7所示。

圖3 渡槽橋梁位移(單位：mm)

圖4 渡槽抗彎承載力包絡(luò)圖(單位：kN·m)

圖5 渡槽抗剪承載力包絡(luò)圖(單位：kN)

圖6 渡槽上緣應(yīng)力圖(單位：MPa)

圖7 渡槽下緣應(yīng)力圖(單位：MPa)

由圖3可知，使用階段，橋梁在活載作用下最大撓度標(biāo)準(zhǔn)值為2.368 mm，滿足公路橋梁設(shè)計規(guī)范限制L/500=40 mm。

由圖4可知，使用階段，橋梁在使用階段抗彎承載力最大值為18 555.32 kN·m，滿足要求。

由圖5可知，使用階段，橋梁在使用階段抗剪承載力最大值為6 049.6 kN，滿足要求。

由圖6、圖7可知，使用階段，橋梁上緣最大應(yīng)力為8.42 MPa，下緣最大應(yīng)力為5.6 MPa,滿足公路規(guī)范要求。

4 結(jié) 論

本文以某防滲渡槽工程為依托，通過有限元計算，分析該類橋梁結(jié)構(gòu)靜力性能，得出主要結(jié)論如下：

(1)該類渡槽結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā)點為預(yù)制結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡便，具有過水和過車兩種功能，同時施工較為簡單，可有效地控制施工質(zhì)量，加快施工進度，對相關(guān)工程具有一定重要實踐參考意義。

(2)針對該類渡槽結(jié)構(gòu)特點，總體計算表明，在成橋狀態(tài)下橋梁剛度、承載能力、強度滿足相應(yīng)規(guī)范要求，能有效地滿足車輛通行及過水需求。