普通混凝土橋梁板結構的安全分析①

　　摘 要：混凝土橋梁板結構的安全可靠對車輛的正常運營非常關鍵。結合某工程實例，對梁板結構的實際承載和變形能力進行驗算分析，明確了結構的安全和可靠性能。
　　關鍵詞：梁板結構安全分析
　　中圖分類號：U446 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2011)05(a)-0083-01
　　1工程概況
　　某電廠煤碼頭引橋自竣工并投入使用已10年。該碼頭為圓筒式梁板連續(xù)整體結構，主要承擔電廠所需原煤的接卸和輸送任務。為確保橋梁及碼頭的安全正常運營，有必要結合橋梁的現(xiàn)狀對橋梁承載能力進行驗算，評定橋梁的極限車輛荷載噸位，為業(yè)主對橋梁進行限載，兩端掛標志牌，注明限載噸位等提供依據(jù)。
　　煤場棧橋結構縱橫方向采用矩形梁和箱型梁連接，上部安裝預制鋼筋混凝土π板和T板，共同形成以結構自重力承擔碼頭外部作用的重力式水工建筑物。煤場棧橋結構剖面如圖1示意。
　　依據(jù)相關設計資料，同時考慮安全等各方面的影響因素，混凝土等級取為C30。DPI板的計算跨徑為20m。根據(jù)設計圖紙信息，DPI板的鋼筋信息為：端部箍筋：，設計強度為；跨中底部鋼筋：，設計強度，橋博計算中，跨中鋼筋采用中交新鋼筋HRB400來等強替代。
　　
　　2驗算參數(shù)
　　2.1 橋面沖擊系數(shù)
　　橋面沖擊系數(shù)采用《公路橋涵設計通用規(guī)范》中的簡化計算方法。對于簡支梁：，以DPI板為對象，根據(jù)簡支梁特征有：=20.0m，=3.663e+011(mm4)=0.37m4，=2.55E+10（N/m2），A=2033000(mm2)=2.03m2，r=25kN/m3。
　　通過計算，得到汽車活載作用下橋面沖擊系數(shù)。
　　2.2 橫向分布系數(shù)
　　每跨之間有三片π梁板，每片π梁板之間留有施工縫，假定視為簡支，則可采用鉸結板法進行每片π梁的橫向系數(shù)計算。通過計算，可求得三片主梁的汽車橫向分布系數(shù)分別為0.7106581、0.667671和0.7115421。結構承載力驗算時，取3#梁作為驗算對象。
　　2.3 最不利荷載組合
　　以典型π板DPI為驗算對象，最不利荷載組合考慮跨中彎矩和端部剪力。橋面寬度為20m，按規(guī)范規(guī)定可以按四車道進行車輛布置。由于需要考慮多車道折減系數(shù)，分別對二車道、三車道和四車道進行最不利荷載分析。橋梁寬度20m時為四車道橋梁，當同時考慮4排車時，車輛折減系數(shù)取為0.67，當同時考慮3排車時，車輛折減系數(shù)取為0.78，當同時考慮2排車時，車輛荷載不予折減。
　　通過計算發(fā)現(xiàn)，四車道最不利荷載布置下跨中彎矩和端部剪力達到最大，在結構驗算中以此汽-20荷載進行驗算。
　　
　　3驗算結果
　　結合工程概況，在合理模擬結構和邊界的基礎上，采用橋梁博士3.0軟件建立了相應的有限元分析模型，采用橋梁博士的全橋結構安全驗算類別對普通混凝土橋梁結構進行驗算。
　　3.1 承載能力極限狀況強度驗算
　　為了保證結構的安全，必須對結構的截面承載能力極限狀態(tài)進行驗算，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，基本荷載組合下受力最不利的跨中控制截面的承載能力極限狀況強度驗算可知，混凝土橋梁跨中截面的極限最大彎矩承載力13600kN·m遠大于基本組合下的結構彎矩設計值5760kN·m，因此T梁結構是偏于安全的。
　　3.2 正常使用階段的裂縫寬度計算
　　為了保證結構的正常使用，必須對鋼筋混凝土構件在正常使用極限狀態(tài)下的裂縫寬度進行驗算。鋼筋混凝土構件，按I類環(huán)境考慮，最大裂縫寬度不應0.2mm。通過橋梁博士的計算，DPI橋梁跨中截面在汽-20車隊最不利組合荷載作用下裂縫寬度為0.14mm，小于規(guī)范要求，能滿足正常使用的要求。
　　3.3 正常使用階段的截面撓度驗算
　　本橋梁為鋼筋混凝土簡支T梁，通過驗算，在滿足極限承載能力及裂縫要求的汽-20車隊最不利荷載組合下，按荷載短期效應組合考慮，跨中最大撓度為2.92cm，再考慮長期荷載效應系數(shù)取1.6，即為4.672cm；且結構自重作用下跨中撓度值為1.536cm，則消除自重產生的長期撓度值為3.136cm，小于橋梁規(guī)范中規(guī)定的1/600的梁跨度，即：1/600×2000=3.335cm，即汽-20荷載作用下，結構的撓度滿足規(guī)范的要求。
　　
　　4結語
　　為保證橋梁長期、安全使用，特提出以下建議。
　　(1)根據(jù)驗算結果，建議通過本橋的車輛重量不得超過汽—20荷載要求。
　　(2)應對橋梁進行定期檢查，重點關注大型車輛經(jīng)過后是否有新增裂縫、跨中下?lián)陷^大等現(xiàn)象出現(xiàn)，確保橋梁結構的正常運營。
　　
　　參考文獻
　　[1]公路橋涵設計通用規(guī)范（JTG D60-2004）[S].
　　[2]公路鋼筋混凝土及混凝土橋涵設計規(guī)范（JTG D62-2004）[S].