滇藏公路某連續(xù)剛構(gòu)橋邊中跨比取值研究

付 雷 沈兆坤 周 旭

(貴州高速公路集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000)

滇藏公路某連續(xù)剛構(gòu)橋邊中跨比取值研究

付 雷 沈兆坤 周 旭

(貴州高速公路集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000)

指出在連續(xù)剛構(gòu)橋中，邊中跨比取值在很大程度上決定了橋梁受力是否合理，國(guó)內(nèi)外大多連續(xù)剛構(gòu)橋的邊中跨比都在0.5～0.8的范圍內(nèi)變化，據(jù)此將依托工程橋梁的邊中跨比設(shè)置為0.523～0.75不同的3個(gè)比值進(jìn)行了研究驗(yàn)算，結(jié)果表明：0.625的邊中跨比在結(jié)構(gòu)受力方面是最優(yōu)的。

連續(xù)剛構(gòu)橋，邊中跨比，優(yōu)化

在連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)中橋梁邊跨比是否合適成為結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)是否合理的關(guān)鍵因素之一。結(jié)構(gòu)的剛度隨著跨徑的增大而減小，當(dāng)邊跨與主跨的比值過(guò)大時(shí)邊跨剛度就偏大，反之，如果邊跨與主跨之比過(guò)大,邊跨的剛度就會(huì)偏小。如果邊跨與主跨之比過(guò)小，會(huì)增加主墩向主跨方向偏移的趨勢(shì)和程度。一定的剛度是保證橋梁正常運(yùn)營(yíng)使用的基本條件，過(guò)小的剛度會(huì)帶來(lái)橋梁跨中撓度過(guò)大等病害，勢(shì)必影響橋梁本身的正常使用和耐久性。由此可以看出，連續(xù)剛構(gòu)邊中跨比對(duì)橋梁的影響較大，合理的邊中跨比能夠使橋梁獲得良好的受力狀態(tài)、能夠有效降低主梁的跨中撓度。

1 依托工程簡(jiǎn)介

國(guó)道317線珠角拉山隧道及連接線新建工程為國(guó)道317線滇藏公路珠角拉山隧道及連接線新建工程的一部分。根據(jù)設(shè)計(jì)需要修建一座具有彎、坡、斜特征的梁橋，經(jīng)過(guò)多方案比選后確定橋型為力學(xué)性能良好、適應(yīng)性強(qiáng)的曲線連續(xù)剛構(gòu)橋，橋跨布置為(25+40+25) m，橋梁全長(zhǎng)94.36 m，本橋主梁梁底曲線采用三折線設(shè)計(jì)，主橋總體布置如圖1所示。

2 國(guó)內(nèi)外連續(xù)剛構(gòu)橋邊中跨比研究

對(duì)于連續(xù)剛構(gòu)橋合理邊跨比的選擇國(guó)內(nèi)外已有不少專家學(xué)者進(jìn)行研究。靳志剛等在《大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋合理邊中跨比研究》一文中指出,國(guó)內(nèi)外大多連續(xù)剛構(gòu)的邊中跨比都在0.5～0.8的范圍內(nèi)變化。當(dāng)連續(xù)剛構(gòu)的邊中跨之比小于0.3時(shí),主梁受力狀態(tài)接近“固端梁”,與此同時(shí)，為了承受負(fù)反力邊跨橋臺(tái)支座要做成拉壓式。等截面連續(xù)梁的邊中跨比值一般是在0.5～1.0之間變化，變截面連續(xù)梁一般是在0.43～0.871之間變化。變截面連續(xù)梁的邊中跨比一般都在0.5～0.8之間,對(duì)于大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的邊跨比可在0.6～0.65之間取值,特別是地形復(fù)雜和橋下通航凈空有要求而不利于邊跨合龍時(shí)更應(yīng)如此，因?yàn)榘凑?.6～0.65這個(gè)比值選取邊跨比能夠充分發(fā)揮懸臂拼裝或者懸臂澆筑技術(shù)的優(yōu)勢(shì),同時(shí)，各跨的受力也相對(duì)較均勻。在橋梁概念設(shè)計(jì)階段,對(duì)邊中跨比的取值一般都是先借鑒國(guó)內(nèi)外同類橋梁的取值,然后再根據(jù)工程的實(shí)際需要來(lái)擬定邊跨比,最后通過(guò)計(jì)算對(duì)比后得出采用的邊跨比。因此，本文也借鑒國(guó)內(nèi)外大跨度連續(xù)梁橋采用的邊跨比，分析總結(jié)后得出最后用作對(duì)比計(jì)算的邊跨比值。

一座橋梁從最開(kāi)始的籌劃到最后建成完工的每一個(gè)過(guò)程都需要借鑒以往成功的經(jīng)驗(yàn)。本文從實(shí)際出發(fā)，收集、整理、總結(jié)國(guó)內(nèi)外已建橋梁的邊中跨比取值經(jīng)驗(yàn)，分析其規(guī)律，希望能夠從中得出本文所參考的取值。

表1 國(guó)內(nèi)部分主跨跨徑在100 m以上梁橋

從表1和圖2中可以看出，國(guó)內(nèi)跨徑在100 m以上的橋梁邊跨比大多集中在0.5～0.8之間，并沒(méi)有嚴(yán)格統(tǒng)一的走勢(shì)，基本上都在0.6上下浮動(dòng)。

從圖3國(guó)外8座150 m跨徑以上橋梁來(lái)看，邊跨比的平均值是0.55，同樣也是沒(méi)有固定的趨勢(shì)，沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)律，但基本都分布在0.42～0.7之間。

國(guó)外部分主跨跨徑在150 m以上梁橋邊中跨比統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 國(guó)外部分主跨跨徑在150 m以上梁橋邊中跨比統(tǒng)計(jì)

3 本橋邊中跨比取值研究

根據(jù)以上對(duì)國(guó)內(nèi)、國(guó)外收集橋梁的信息得出，邊跨比分布在0.5～0.8之間，本橋原橋的邊跨比為0.625，選取邊跨比為0.75,0.523和原橋?qū)Ρ确治觥ＤＰ蛯?duì)比方案見(jiàn)表3。

表3 模型對(duì)比方案

根據(jù)選取的邊中跨比建立有限元模型，有限元模型保持和原模型一樣的墩高、梁長(zhǎng)，由于本橋原模型在中跨20 m和邊跨15 m是等截面的Π型梁，所以在邊跨比改變時(shí)相應(yīng)的截面形式不改變，保持和原橋一致。因此，最后得到的模型除了跨徑改變之外，橋梁的自重沒(méi)有改變，這樣就保證了單因素分析的原則。

從圖4中可以看出，跨中彎矩隨邊跨比的增加逐漸減小，邊跨跨中彎矩隨邊跨比的增加而增大，跨中彎矩隨邊跨比的減小基本上呈線性增加。

對(duì)比1模型的邊跨比是0.75，邊跨最大彎矩為4 287.58 kN,跨中最大彎矩為3 368.12 kN，邊跨成了控制截面。

原橋模型的邊跨比是0.625，邊跨最大彎矩為2 669.43 kN,跨中最大彎矩為5 226.95 kN，跨中為控制截面。

對(duì)比4模型的邊跨比是0.523，邊跨最大彎矩為1 200.37 kN,跨中最大彎矩為6 904.57 kN，跨中為控制截面。

從對(duì)比1模型開(kāi)始，隨著邊跨比的減小跨中彎矩逐漸增加，邊跨亦隨之減小。從此處可以看出，各模型中對(duì)比1的0.75邊跨比較為合適。

從圖5可以看出，主梁各截面的上下緣應(yīng)力變化和主梁彎矩變化一致，其中：

對(duì)比1模型邊跨下緣受拉區(qū)最大應(yīng)力為4.32 MPa，上緣受壓區(qū)最大應(yīng)力為-1.62 MPa；中跨下緣受拉區(qū)最大應(yīng)力3.4 MPa，上緣受壓區(qū)最大應(yīng)力為-1.28 MPa。

原橋模型邊跨下緣受拉區(qū)最大應(yīng)力為2.69 MPa，上緣受壓區(qū)最大應(yīng)力為-1.01 MPa；中跨下緣受拉區(qū)最大應(yīng)力5.26 MPa，上緣受壓區(qū)最大應(yīng)力為-1.99 MPa。

對(duì)比4模型邊跨下緣受拉區(qū)最大應(yīng)力為1.21 MPa，上緣受壓區(qū)最大應(yīng)力為-0.45 MPa；中跨下緣受拉區(qū)最大應(yīng)力為6.94 MPa，上緣受壓區(qū)最大應(yīng)力為-2.64 MPa。

從中可以看出，邊跨下緣受拉區(qū)的最大拉應(yīng)力隨著邊中跨比的增大而增大，跨中下緣受拉區(qū)的最大拉應(yīng)力隨著邊中跨比的增大而減小；邊跨上緣受壓區(qū)的最大壓應(yīng)力隨著邊中跨比的增大而增大，同樣，跨中上緣受壓區(qū)的壓應(yīng)力隨著邊中跨比的增大而減小。

在圖6中：

對(duì)比1模型邊跨最大撓度為4.7 mm，中跨最大撓度為5.5 mm，主梁全部下?lián)希瑳](méi)有出現(xiàn)上拱現(xiàn)象。

原橋模型邊跨最大撓度為1.9 mm，中跨最大下?lián)?1 mm，主梁全部下?lián)蠜](méi)有出現(xiàn)上拱現(xiàn)象。

對(duì)比4模型邊跨最大撓度為0.1 mm，中跨最大下?lián)?8 mm，特別的是，在邊跨出現(xiàn)上拱現(xiàn)象，上拱值最大為0.7 mm，如果再繼續(xù)減小邊跨比，邊支點(diǎn)將需要承受拉力，此時(shí)支座需要設(shè)置成拉壓雙向支座，處理麻煩。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)以上分析得出以下結(jié)論：

1)對(duì)比1模型中邊跨彎矩值大于中跨跨中彎矩值成為控制截面，受力不合理。

2)對(duì)比4模型在邊跨受力及撓度方面都不及原橋，邊跨過(guò)短使得邊跨受力極不合理，在不能充分利用材料性能的同時(shí)會(huì)帶來(lái)跨中撓度過(guò)大、受力不好的后果，所以可以不作考慮。

由此可以得出，原橋中0.625的邊中跨比是合理的。

[1] 靳志剛.大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋合理邊中跨比研究[J].交通科技,2010(3):55.

[2] 付 雷.SWFC連續(xù)剛構(gòu)橋關(guān)鍵構(gòu)造研究[D].重慶:重慶交通大學(xué),2014.

[3] 向中富.淺談混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋[A].中國(guó)公路學(xué)會(huì)橋梁和結(jié)構(gòu)工程學(xué)會(huì)2003年全國(guó)橋梁學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].2003.

[4] 張才平,金 東.大跨度混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋梁底曲線合理形式研究[J].交通科技，2010(8):100.

[5] 楊高中,楊征宇,周軍生.連續(xù)剛構(gòu)橋在我國(guó)的應(yīng)用和發(fā)展(續(xù))[J].公路,1998(7):126.

[6] 牛和恩.虎門(mén)大橋工程主跨270 m連續(xù)剛構(gòu)橋(第3冊(cè))[M].北京:人民交通出版社,1999.

[7] 胡雄偉.大跨連續(xù)剛構(gòu)橋主梁設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化研究[D].昆明:昆明理工大學(xué),2008.

[8] 郭豐哲,錢(qián)永久,李貞新.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋合龍段底板崩裂原因分析[J].公路交通科技,2005(10):68-70.

[9] 馮鵬程,吳游宇.連續(xù)剛構(gòu)橋底板崩裂事故的評(píng)析[J].世界橋梁,2006(1):66-69.

[10] Ivakheneko AG. Polynom ial theory of complex system[J].IEEE Transactions on System, Man. and Cyberne tics,1971,SMC-1(4).

Research on ratio center span to side span of some continuous rigid frame bridges along Kunming-Tibet Road

Fu Lei Shen Zhaokun Zhou Xu

(GuizhouExpresswayGroupCo.,Ltd,Guiyang550000,China)

The paper points out the ratio center span to side span determines the reasonable bridge stress in the continuous rigid frame bridges, indicates the ratio of most of the bridges at home and abroad is between 0.5 to 0.8, devises the ratio to be the three ratios between 0.523 to 0.75 on the engineering bridges, undertakes the research and calculation, and illustrates the ratio of 0.625 is optimal for the structural stress.

continuous rigid frame bridge, ratio center span to side span, optimization

2015-05-28

付 雷(1988- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)22-0175-03

U448.23

A