東光立交橋靜載試驗結果及分析

馬君良，張萬振

(石家莊市公路橋梁建設集團)

1 建立計算模型

為掌握東光立交橋的結構特點和受力性能，需要按照施工程序對結構進行分析，以得到結構各控制斷面在恒載、活載作用下的設計內力，為荷載試驗及正確判斷該橋的現有狀態提供依據。

1.1 橋梁博士的計算原理

計算主要采用同濟大學的橋梁博士程序進行施工和成橋各階段的平面桿系有限元分析。

橋梁博士軟件系統是一個集可視化數據處理、數據庫管理、結構分析、打印與幫助為一體的綜合性橋梁結構設計與施工計算系統。橋梁博士能夠計算鋼筋混凝土、預應力混凝土、組合梁以及鋼結構的各種結構體系的恒載與活載的各種線性與非線性結構響應，其中非線性的包括結構的幾何非線性以及受軸力構件的壓彎非線性和索構件的垂度引起的非線性影響，結構混凝土的收縮徐變非線性影響以及鋼筋混凝土、預應力混凝土中普通鋼筋對收縮徐變的非線性影響，組合構件截面不同材料對收縮徐變的非線性影響，以及結構在非線性溫度場作用下的結構與截面的非線性影響;對于帶索結構可根據用戶要求計算各索的一次施工張拉力或考慮活載后估算拉索的面積和恒載的優化索力;活載的類型包括公路汽車、掛車、人群、特殊活載、特殊車列、鐵路中-活載、高速列車和城市輕軌荷載。可以按照用戶的要求，對各種構件和預應力鋼束進行承載能力極限狀態和正常使用極限狀態及施工階段的配筋計算或應力和強度驗算，并根據規范限值判斷是否滿足規范。

1.2 東光立交橋主橋無跨連續梁有限元單元的建立

本文采用Dr.Bridge建立的平面桿系模型，在用Dr.Bridge進行直線橋梁結構計算時采用常規的位移法，即先形成單元剛度矩陣，經坐標轉換后形成總剛度矩陣，形成荷載右端項，求解結構位移列陣，據此得到節點位移、單元內力以及支承反力，在此基礎上考慮施工階段，采用增量理論，逐步推進獲得最終結構效應。

對于結構總剛度矩陣的處理，系統中有幾種特殊情況，其一是邊界條件的處理，對于剛性支承，系統采用沖零置一法，如果有強迫位移，則在處理總剛之前將強迫位移引起的右端項形成，然后再處理總剛，結構計算結束后再迭加其預處理結果;對于彈性邊界，則將彈性系數迭加到相應的總剛位置上;如果結構中存在主從約束關系，則在形成總剛時將從約束剛度迭加到對應主約束位置上。

結構的主從約束關系主要用于處理結構的各種位移不連續情況，即結構中的各種鉸節點，其中有單向鉸、雙向鉸等，使用的方法是在鉸節點處設置多于一個的節點號，節點號之間用主從關系描述，如果三個方向都有主從關系則等價于節點處固結，即所有位移在此都連續，對于節點不重合的情況下，系統自動形成剛臂，用戶無需輸入剛臂，僅在單元的節點坐標輸入時輸入關心位置的坐標。

東光立交橋單元劃分劃分為715個單元，716個單元節點。

2 理論計算結果

2.1 恒載內力

(1)第1跨恒載跨中正彎矩為:MGKX=72.1kN·m，MGKy=889kN·m，MGKZ=-61.8kN·m;

(2)第2跨恒載跨中正彎矩為:MGKX=5.92kN·m，MGKy=-195kN·m，MGKZ=-3.88kN·m;

(3)1#墩支點恒載彎矩:MGKX=-22.4kN·m，MGKy=-1950kN·m，MGKZ=267kN·m;

(4)1#墩支點恒載剪力:QOGy=1950kN，QOGz=-240kN。

2.2 活載內力

活載內力計算，在汽車荷載作用下的。

(1)第1跨跨中正彎矩為MGKX=14.1kN·m，MGKy=440kN·m，MGKZ=0kN·m;

(2)第2跨跨中正彎矩為MGKX=6.46kN·m，MGKy=235kN·m，MGKZ=0kN·m;

(3)1#墩支點彎矩:MGKX=-35.5kN·m，MGKy=-128kN·m，MGKZ=0kN·m;

(4)1#墩支點剪力:QOGy=0kN，QOGz=-13.7kN。

2.3 極限狀態效應基本組合

表1 承載能力極限狀態效應組合

表2 正常使用極限狀態效應組合