某公路小半徑曲線梁橋設(shè)計(jì)分析

鄧世超 徐 懿 龍 云

(1.貴州智華工程建設(shè)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550006； 2.貴州建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽 550006)

某公路小半徑曲線梁橋設(shè)計(jì)分析

鄧世超1徐 懿2龍 云1

(1.貴州智華工程建設(shè)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550006； 2.貴州建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽 550006)

以某四級公路曲線橋?yàn)槔捎肕idas/Civil軟件，建立了小半徑曲線梁橋梁格模型，通過對橋梁受力結(jié)果的分析研究，得到了一些有價(jià)值的結(jié)論，以期為今后類似橋梁的設(shè)計(jì)建造提供參考借鑒。

曲線橋，模型，支座反力，承載力

0 引言

現(xiàn)階段，為了提升農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，國家大力推進(jìn)通村公路的建設(shè)。由于通村公路等級低，線形差，彎道多，在橋梁設(shè)計(jì)中，不可避免的會出現(xiàn)眾多曲線橋。由于曲線橋受力的特殊性，如不加以重視，很有可能會造成重大的安全事故，給人民群眾及國家?guī)砭薮蟮膿p失。

混凝土曲線梁橋成橋后，始終處于彎扭耦合作用的狀態(tài)下，當(dāng)彎扭耦合效應(yīng)過大時(shí)，會使曲線梁內(nèi)外側(cè)受力很不均勻，還可能使其內(nèi)側(cè)支座完全脫空，梁體向外爬移，出現(xiàn)向一側(cè)翻轉(zhuǎn)、開裂等現(xiàn)象，使其使用性能受到重大影響。

現(xiàn)通過某具體項(xiàng)目建立小半徑曲線梁橋梁格模型進(jìn)行受力分析，以判斷其在實(shí)際應(yīng)用中的可行性，為今后此類橋梁設(shè)計(jì)建造提供參考依據(jù)。

1 概述

某四級公路曲線橋，主梁外側(cè)曲線半徑R=25.5 m，中線曲線半徑R=21.0 m，內(nèi)側(cè)曲線半徑R=16.5 m。上部結(jié)構(gòu)：1 m×16 m整體式現(xiàn)澆鋼筋混凝土簡支空心板；下部結(jié)構(gòu)：兩岸均為重力式U形橋臺，樁基礎(chǔ)。橋面寬度：8.0 m(行車道)+2×0.5 m(防撞護(hù)欄)，全橋?qū)?.0 m。全橋長26.0 m。橋型布置圖見圖1，圖2，上部結(jié)構(gòu)橫斷面圖見圖3。

2 計(jì)算采用的參數(shù)

1)恒載：一期恒載為主梁重量；二期恒載為橋面鋪裝及防撞護(hù)欄重量。鋼筋混凝土容重取26 kN/m3；每側(cè)防撞護(hù)欄取7.5 kN/m，鋪裝層厚13 cm，取27 kN/m。

2)活載：全橋共2個(gè)車道，汽車荷載為公路—Ⅱ級。

3)截面及配筋設(shè)計(jì)：空心板跨中無橫隔板，兩端各設(shè)50 cm實(shí)體端橫梁。空心板頂板設(shè)置85根直徑為16 mm的HRB400縱向通長鋼筋，平均間距為8.3 cm；底板設(shè)置101根直徑為25 mm的HRB400縱向通長鋼筋，平均間距為10.5 cm。每個(gè)腹板設(shè)置3肢直徑為10 mm的HRB335箍筋，兩端各3 m范圍按10 cm一排縱向間距設(shè)置，中間范圍按20 cm一排縱向間距設(shè)置。

4)支座設(shè)置：兩端各設(shè)置10個(gè)板式橡膠支座，其中一端為固定，一端為活動。

3 建模分析

本文采用Midas/Civil建立有限元梁格模型，共劃分519個(gè)單元，300個(gè)節(jié)點(diǎn)。全橋縱向按腹板共劃分2道邊梁，10道中梁；橫向共劃分2道端橫梁，19道虛擬中橫梁，虛擬中橫梁截面特性等效于原結(jié)構(gòu)(參考漢勃力的《橋梁上部構(gòu)造性能》)。

1)本橋?qū)傩“霃角€梁(板)橋，安全等級定為Ⅱ級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1.0。

2)空心板按鋼筋混凝土構(gòu)件計(jì)算。

承載力極限狀態(tài)組合：

組合a:1.0自重+1.0收縮+1.0徐變+1.4汽車。

組合b:1.2自重+1.0收縮+1.0徐變+1.4汽車。

正常使用極限狀態(tài)短期效應(yīng)組合：

組合c:1.0自重+1.0收縮+1.0徐變+0.627 6汽車(不計(jì)沖擊系數(shù))。

正常使用極限狀態(tài)長期效應(yīng)組合：

組合d:1.0自重+1.0收縮+1.0徐變+0.358 6汽車(不計(jì)沖擊系數(shù))。

短暫狀況構(gòu)件應(yīng)力計(jì)算按標(biāo)準(zhǔn)值組合。

空心板平面結(jié)構(gòu)離散圖見圖4。空心板橫斷面梁格劃分見圖5，空心板整體梁格劃分見圖6。

4 計(jì)算結(jié)果

4.1 使用階段支座反力計(jì)算

豎向支座反力見表1。

表1 豎向支座反力 kN

負(fù)值表示向下，正值表示向上。

支座反力計(jì)算見圖7～圖11。

4.2 持久狀況承載能力極限狀態(tài)計(jì)算

1)使用階段正截面抗彎承載力驗(yàn)算(見表2)。

表2 主梁抗彎承載力驗(yàn)算

結(jié)論：以上為最不利位置，按照J(rèn)TG D62—2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范第5.2.9條，故主梁抗彎承載力不滿足規(guī)范要求。

2)使用階段斜截面抗剪承載力驗(yàn)算。

結(jié)論：斜截面抗剪承載力不滿足規(guī)范要求。

3)使用階段抗扭驗(yàn)算。

結(jié)論：空心板外邊梁抗扭驗(yàn)算不滿足規(guī)范要求。

4.3 持久狀況正常使用極限狀態(tài)計(jì)算

1)裂縫寬度驗(yàn)算。

按照J(rèn)TGD62—2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范第6.4.1條，鋼筋混凝土構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)下的裂縫寬度，應(yīng)按作用短期效應(yīng)組合并考慮長期效應(yīng)影響進(jìn)行驗(yàn)算。第6.4.2條，空心板按鋼筋混凝土構(gòu)件進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算，按規(guī)范規(guī)定Ⅰ類環(huán)境下，混凝土構(gòu)件的最大裂縫寬度不應(yīng)超過0.2mm。

根據(jù)計(jì)算，上部結(jié)構(gòu)最大裂縫寬度在跨中外側(cè)邊梁為0.32mm，故不滿足規(guī)范要求。

2)撓度驗(yàn)算。

撓度驗(yàn)算按照J(rèn)TGD62—2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范第6.5.3條，按荷載短期效應(yīng)組合，考慮長期效應(yīng)的影響，在消除結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的長期撓度后梁式橋的最大撓度處不應(yīng)超過計(jì)算跨徑的1/600。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，最大驗(yàn)算撓度值為33.7mm，小于容許值26.7mm，故上部結(jié)構(gòu)撓度驗(yàn)算不滿足規(guī)范要求。

4.4 短暫狀況構(gòu)件應(yīng)力的計(jì)算

按照J(rèn)TGD62—2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范第7.2.4條，受壓區(qū)混凝土邊緣的壓應(yīng)力均滿足規(guī)范要求；受拉鋼筋的應(yīng)力均滿足規(guī)范要求；受彎構(gòu)件中性軸處的主拉應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語

通過梁格法計(jì)算模型分析從而得出以下結(jié)論：

1)在偏載情況下，空心板內(nèi)側(cè)支座反力可能為負(fù)值，說明內(nèi)側(cè)支座已經(jīng)脫空，而空心板外側(cè)支座反力又遠(yuǎn)大于其他支座反力，這種情況在設(shè)計(jì)中應(yīng)避免。

2)空心板外邊梁彎矩、剪力、扭矩、撓度均明顯大于內(nèi)側(cè)截面，設(shè)計(jì)時(shí)須加強(qiáng)外邊梁截面及配筋。

綜合以上所述，由于半徑過小，簡支曲線梁橋跟普通的直線梁橋受力差別很大，如果還是按照常規(guī)直線梁橋設(shè)計(jì)將會產(chǎn)生嚴(yán)重的不良后果，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免小半徑曲線簡支梁橋的設(shè)計(jì)。

[1] E·C·漢勃力.橋梁上部構(gòu)造性能[M].北京：人民交通出版社，1982.

[2] 邵旭東，程翔云，李立峰.橋梁設(shè)計(jì)與計(jì)算[M].北京：人民交通出版社，2008.

[3] 顧安邦.橋梁工程(上)[M].北京：人民交通出版社，2001.

Analysis on small-radius camber beam bridge design of the highway

Deng Shichao1Xu Yi2Long Yun1

(1.GuizhouZhihuaEngineeringConstructionCo.,Ltd,Guiyang550006,China; 2.GuizhouVocationalCollegeofConstruction,Guiyang550006,China)

Taking the 4-level camber beam bridge as an example, applying Midas/Civil software, the paper establishes small-radius camber beam bridge model, analyzes the bridge stress results, and draws some valuable conclusions, with a view to provide some guidance for similar bridge design in future.

camber beam, model, bearing reaction, bearing capacity

1009-6825(2015)07-0166-03

2014-12-23

鄧世超(1980- )，男，工程師； 徐 懿(1974- )，男，高級工程師； 龍 云(1988- )，男，助理工程師

U442.5

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