單箱雙室預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋橫梁計(jì)算方法探討

楊秀珍 王勇

摘 要:本文以一座三跨(50+80+50)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋?yàn)楣こ瘫尘?采用空間有限元進(jìn)行建模分析,得到單箱雙室連續(xù)箱梁的橫梁受力特點(diǎn),并采用工程中常用的三種簡(jiǎn)化計(jì)算方法進(jìn)行比較,得到比較合理的簡(jiǎn)化計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞:單箱雙室箱形梁橋橫梁簡(jiǎn)化方法

中圖分類號(hào):TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)05(c)-0087-02

1 前言

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁在實(shí)際工程中應(yīng)用廣泛,但由于連續(xù)箱梁的橫梁受力情況比較復(fù)雜,空間作用效應(yīng)明顯,要想精確計(jì)算橫梁的內(nèi)力必須采用空間受力分析。在實(shí)際工程項(xiàng)目中,采用空間分析建模復(fù)雜,不便于修改,不方便設(shè)計(jì)人員采用,所以如何采用簡(jiǎn)化方法進(jìn)行計(jì)算非常必要。

箱形梁橋的截面形式有單箱單室、單箱多室、斜腹板等,要找到一種統(tǒng)一的簡(jiǎn)化方法非重困難,而且需以大量的計(jì)算分析為基礎(chǔ)。本文根據(jù)實(shí)際工程項(xiàng)目,對(duì)直腹板單箱雙室連續(xù)梁橋的橫梁內(nèi)力做了計(jì)算分析,用三種平面簡(jiǎn)化分析方法的結(jié)果與空間有限元分析的結(jié)果進(jìn)行了比較,同時(shí)考慮了曲線橋和直線橋的不同受力特點(diǎn),并對(duì)三種簡(jiǎn)化方法作了分析總結(jié),對(duì)于同類工程的計(jì)算有重要的實(shí)用價(jià)值。

2 工程實(shí)例

本文以一座三跨預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁橋?yàn)槔?跨徑布置為(50+80+50)m,該橋平面上位于半徑R＝400m的圓曲線上,支點(diǎn)梁高4.5m,跨中及端支點(diǎn)梁高2.5m,梁高變化曲線為1.8次拋物線。箱梁截面采用單箱雙室,箱梁頂寬18.5m,底寬12.5m,懸臂板長(zhǎng)3.0m。主梁頂板厚度為25cm,腹板厚度為50cm～70cm,底板厚度為30cm～60cm,端橫梁寬1.5m,中橫梁寬3.0m。主墩采用雙圓形柱式墩,主墩柱徑2.2m,樁徑2.5m;邊墩蓋梁式柱式墩,柱徑1.8m,樁徑2.0m。箱梁一般構(gòu)造圖如下所示:（如圖1)

3 計(jì)算方法分析

箱梁采用C50混凝土,橋面鋪裝為10cm瀝青混凝土。本文橫梁內(nèi)力計(jì)算時(shí)分別考慮直線橋和曲線橋(曲線半徑R=400m)兩種情況,僅考慮主要荷載效應(yīng),恒載考慮箱梁自重及橋面鋪裝,活載采用城－A級(jí)荷載,同時(shí)考慮對(duì)稱布載、外側(cè)偏載、內(nèi)側(cè)偏載三種情況。

3.1 采用空間有限元方法進(jìn)行橫梁內(nèi)力計(jì)算

使用橋梁結(jié)構(gòu)有限元程序《midas civil》建立箱梁梁格計(jì)算模型,得到橫梁支座反力及橫梁內(nèi)力,表中支座反力不計(jì)橫梁自重。(如表1)

由表1可以看出,曲線梁橋內(nèi)外側(cè)支反力相差較大,外側(cè)支反力較大,曲線橋橫梁內(nèi)力比直線橋橫梁內(nèi)力大。由于該曲線橋曲線半徑較大,直線橋和曲線橋的支反力合力幾乎相等,故以下分析僅以曲線橋來考慮。

3.2 采用三種簡(jiǎn)化計(jì)算方法進(jìn)行橫梁內(nèi)力計(jì)算

通過翻閱大量資料,橋梁工程師常用的簡(jiǎn)化計(jì)算方法有三種:

方法一:認(rèn)為全部恒載和活載通過箱梁腹板以豎向集中力的形式傳遞給橫梁,首先計(jì)算出支座反力,然后均分到每條腹板,把橫梁當(dāng)作簡(jiǎn)支梁或者連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。

方法二:認(rèn)為全部恒載和活載以均布荷載的形式傳遞給橫梁,首先計(jì)算出支座反力,然后將均布荷載加載到橫梁上,把橫梁當(dāng)作簡(jiǎn)支梁或者連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。均布荷載的計(jì)算采用箱室部分長(zhǎng)度做為換算長(zhǎng)度。

方法三:應(yīng)該是以上兩種方法的綜合,以支座反力的70％換算為腹板集中力,支座反力的30％換算為均布荷載。

采用橋梁博士3.0計(jì)算軟件,建立平面梁?jiǎn)卧?取箱室部分長(zhǎng)度的橫梁進(jìn)行計(jì)算,橫梁的計(jì)算截面考慮橫梁兩側(cè)翼板參與受力(翼板的計(jì)算長(zhǎng)度取6倍的頂板厚度),分別采用以上三種方法計(jì)算出橫梁的內(nèi)力。(如表2)

由表1及表2對(duì)比可以看出,對(duì)于單箱雙室箱梁截面,方法一計(jì)算的橫梁內(nèi)力跨中較小,支承處較大;方法二計(jì)算的橫梁內(nèi)力跨中較大,支承處較小;方法三計(jì)算的橫梁內(nèi)力與梁格法的計(jì)算結(jié)果較接近。

對(duì)于中橫梁,

跨中:M3/Mlg=23271/23907.8＝0.973

支承處:M3/Mlg外側(cè)=-30415/-26856.4＝1.133

對(duì)于端橫梁,

跨中:M3/Mlg=5819/7907.6＝0.736

支承處:M3/Mlg外側(cè)=-7414/-7354.3＝1.008

根據(jù)以上三種簡(jiǎn)化計(jì)算方法及梁格法的計(jì)算結(jié)果對(duì)比可知,梁格法采用縱梁及橫梁有效地考慮了橫梁的空間作用效應(yīng),簡(jiǎn)化方法三采用集中力及均布荷載的簡(jiǎn)化計(jì)算模式是比較合理的。

4 結(jié)語

本文僅針對(duì)此算例的分析得出結(jié)論,對(duì)于直線橋及大曲線半徑的單箱雙室箱梁橋,采用集中力及均布荷載的加載方式進(jìn)行橫梁內(nèi)力計(jì)算是可行的。對(duì)于小曲線半徑的單箱單室連續(xù)梁橋及斜交連續(xù)梁橋的橫梁,由于內(nèi)外兩側(cè)腹板的內(nèi)力相差較大,對(duì)橫梁的內(nèi)力影響較大,計(jì)算時(shí)應(yīng)給予充分考慮;對(duì)于單箱多室連續(xù)梁橋的橫梁,由于橫梁較長(zhǎng),橫梁對(duì)腹板的彈性支撐作用明顯,橫梁內(nèi)力受到橫梁剛度及支座布置的影響較大,以致各腹板所分配的荷載相差較大,建議在擬定橫梁寬度時(shí)除滿足橫梁的受力要求外,應(yīng)適當(dāng)增加橫梁的寬度以增大其剛度,使各腹板受力更加均勻,因?yàn)楣こ淘O(shè)計(jì)中對(duì)于同一個(gè)截面各腹板的配筋形式一般相同。

參考文獻(xiàn)

[1] 范立礎(chǔ).橋梁工程(第二版).人民交通出版社,1996.

[2] 戴公連,李德建.橋梁結(jié)構(gòu)空間設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用.人民交通出版社,2001.