晉中市錦綸路上跨安寧街橋梁受力分析

吳紅升 唐 軍

(太原市市政工程設計研究院，山西 太原 030002)

晉中市錦綸路上跨安寧街橋梁受力分析

吳紅升 唐 軍

(太原市市政工程設計研究院，山西 太原 030002)

采用橋梁博士軟件建立了晉中市錦綸路跨線橋5跨等截面預應力混凝土連續梁橋的有限元計算模型，分2個階段計算分析了該橋的受力特點，計算結果表明該橋梁滿足設計規范要求，為該橋的設計復核提供了參考。

箱梁，力學性能，有限元法

1 工程概況

晉中市錦綸路改造工程南起順城街，北至體育街，全長2 888.56 m，道路紅線寬度42 m。為了解決節點處直行交通與轉向交通的分離，在安寧街節點處設置錦綸路主線上跨安寧街跨線橋，從而實現節點處的立體交通。安寧街跨線橋采用28 m+3×35 m+28 m等截面預應力混凝土連續梁，橋梁寬度16 m；橋墩采用帶橫梁雙立柱橋墩，基礎均為承臺配樁基(見圖1)，橋臺采用樁接蓋梁形式。等截面預應力連續箱梁梁頂寬15.8 m，梁底寬度9.2 m，箱梁懸臂段按照圓曲線過渡，梁高2.0 m，箱梁分3室，外側腹板為斜度較大的斜腹板，中間2道腹板為直腹板，直腹板厚度由0.7 m過渡到0.45 m。箱梁頂、底板自橋中心線向兩側形成1.5%的橫坡(見圖2)。

橋墩采用雙立柱橋墩，立柱斷面形式為矩形斷面(倒圓角)，雙立柱之間用橫梁連接，立柱在頂部呈弧線形適當外傾以增大支座間距，在橋墩立柱斷面尺寸為1.5 m(寬度)×1.6 cm(厚度)，墩頂設置系梁。橋臺采用樁基接蓋梁式橋臺，蓋梁通過變高度調整橫坡，外側高度2.9 m。橋墩、臺基礎采用承臺配樁基，樁基礎均按摩擦樁設計。等截面預應力連續箱梁結構橋墩基礎承臺尺寸為7 m(橫橋向)×10.3 m(縱橋向)×2.5 m(高度)，承臺下樁基為3排6根直徑1.5 m的樁基，采用鉆孔灌注。橋臺采用1排4根1.5 m的樁徑。為了確保橋梁運營安全，需要對該橋建立模型進行受力分析。

2 箱梁模型的建立

錦綸路主線上跨安寧街跨線橋的建模采用橋梁博士有限元軟件進行建模，用梁單元模擬現澆箱梁；墩頂端橫梁、中橫梁以及跨中橫隔板重量折算成集中荷載和均布荷載施加在箱梁上；箱梁中的普通鋼筋按照施工圖紙進行模擬，箱梁縱向預應力鋼束布置形式按照施工圖紙的實際位置進行模擬，鋼束布置形式如圖3，圖4所示。墩頂支座按照橋梁受力的邊界條件進行模擬，箱梁所用的材料常數根據橋梁設計規范確定。

根據橋梁相關規范和其他橋梁的建模經驗，箱梁的受力按照實際情況進行恒荷載的施加，移動荷載、混凝土的收縮徐變、基礎變位等按照橋梁規范進行施加。

采用滿堂支架法施工該箱梁，搭設支架并進行預壓，支模并澆筑箱梁混凝土，然后進行箱梁混凝土的養護，達到齡期后張拉相應鋼束，最后進行橋面鋪裝、欄桿、照明等橋梁附屬結構的施工，施工階段的具體劃分如表1所示。

表1 施工階段劃分

3 分析箱梁計算結果

3.1 承載能力極限狀態強度驗算

箱梁軸力和彎矩在該橋跨中近似對稱，剪力包絡圖關于跨中大致反對稱。根據預應力混凝土連續梁橋成橋后的彎矩包絡圖和剪力包絡圖的一般規律，正彎矩存在于每跨跨中，較大負彎矩在墩頂處存在(見圖5，圖6)；剪力包絡圖中剪力較大且有突變是在墩頂附近，在跨中剪力較小，符合相應的結構受力一般規律。根據JTG D62—2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范相關規定需進行正截面抗彎強度驗算，根據有限元軟件計算出的最大、最小彎矩包絡圖可知，截面內力最大正彎矩為92 533.3 kN·m小于截面抗力100 669.7 kN·m，截面內力最大負彎矩為50 413.9 kN·m小于截面抗力83 637.5 kN·m，箱梁所有截面的彎矩設計值均小于截面的抗力值，滿足規范要求。根據橋梁規范的相關規定進行使用階段斜截面抗剪驗算，由有限元軟件計算出剪力包絡圖可知，全橋最大剪力為11 388.1 kN(截面內力)小于12 076.4 kN(截面抗力)；同時根據計算結果，所有截面的內力均小于截面的抗力，滿足規范要求[1]。

3.2 正常使用極限狀態抗裂驗算

箱梁正應力圖在該橋跨中近似對稱，在荷載短期效應組合下[2]，上緣最大正應力為11.38 MPa，最小正應力為-0.60 MPa，下緣最大正應力為10.64 MPa，最小正應力為-0.42 MPa，最大主拉應力為-1.05。在荷載長期效應組合下上緣最大正應力為6.75 MPa，最小正應力為1.64 MPa，下緣最大正應力為10.03 MPa，最小正應力為2.17 MPa。以上數據均滿足相關橋梁規范的規定。

4 結語

針對晉中市榆次區錦綸路上跨安寧街橋梁的實際結構受力特點，對該橋使用有限元軟件橋梁博士進行成橋后結構的靜力分析，根據建立現澆預應力混凝土連續箱梁橋的有限元模型計算結果可知，箱梁受力各項指標均滿足相關橋梁規范規定的允許值，成橋后箱梁線形控制較好。針對該橋的受力特點進行預應力鋼束的設計，全橋配置通長鋼束，有利于橋梁的施工，在墩頂附近部分腹板預應力鋼束沒有彎起，較好的滿足橋梁規范規定的各項受力指標，本文計算結果已為錦綸路上跨安寧街橋梁設計復核提供了基礎性數據。

[1] 吳紅升.晉中市經四路澗河橋力學性能分析[J].山西建筑，2012，38(33):183-184.

[2] JTG D62—2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋梁設計規范[S].

Mechanical property analysis for the elevated bridge on Jinlun road and over Anning street in Jinzhong city

Wu Hongsheng Tang Jun

(DesignandResearchInstituteofTaiyuanMunicipalEngineering,Taiyuan030002,China)

Software Doctor Bridge is used to establish a Finite Element model of the five-span prestressed concrete continuous beam bridge of equal section, which is on Jinlun road and over Anning street in Jinzhong city. Two working conditions are considered to calculate mechanical properties of the bridge. Calculating results can meet the bridge design specifications. And the calculating results in this text have offered reference for design review of the bridge.

box girder, mechanical properties, Finite Element method

1009-6825(2015)02-0149-02

2014-11-07

吳紅升(1979- )，男，碩士，工程師，一級注冊結構工程師； 唐 軍(1982- )，男，工程師

U448.17

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