Midas/civil在小曲線半徑橋建模分析中的應(yīng)用

張 丹

(鹽城工學(xué)院，江蘇 鹽城 224051)

Midas/civil在小曲線半徑橋建模分析中的應(yīng)用

張 丹

(鹽城工學(xué)院，江蘇 鹽城 224051)

對某座小曲線半徑橋的上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)及橋跨布置進(jìn)行了詳細(xì)介紹，結(jié)合該座小曲線半徑橋的建模分析，論述了Midas/civil軟件在曲線橋設(shè)計時應(yīng)注意的事項，為類似橋梁的設(shè)計提供了參考依據(jù)。

曲線橋，模型，特征值，反力

Midas/civil是一款比較流行的橋梁結(jié)構(gòu)有限元分析軟件，它充分結(jié)合了國內(nèi)有關(guān)規(guī)范和習(xí)慣，并且有非常方便的前后處理模塊[1]，目前已為各大公路、鐵路部門的設(shè)計院所采用。本文結(jié)合一座曲線形的人行景觀橋?qū)idas/civil軟件在該類橋型建模分析中的應(yīng)用進(jìn)行介紹，并對一些問題進(jìn)行探討。

1 工程概況

1.1 橋跨布置

本橋面位于R=45 m～80 m不同小半徑圓曲線組合線形上，縱面位于R=375 m凸曲線上，最大縱坡8.8%。跨徑布置為(2×25+30+2×25)m鋼箱梁，橋梁總長130 m，兩側(cè)各接20 m長橋頭引道。橋面總寬4.57 m，凈寬3.5 m，墩臺徑向布置。

1.2 上部結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)采用等截面單箱單室鋼箱梁，中心梁高1.3 m，頂板寬3.8 m水平設(shè)置，底板采用流線型、腹板斜置。頂?shù)装寮案拱搴穸染鶠?6 mm；橫隔板縱向間距3 m，除支點處板厚采用20 mm外，其余均為14 mm；橫向加勁肋縱向間距有0.9 m和1.0 m兩種，高250 mm，板厚10 mm；縱向加勁肋采用開口板肋，高100 mm，板厚10 mm，頂板及腹板縱向加勁肋沿橋軸向貫通設(shè)置，底板縱向加勁肋除在支點橫隔板處斷開外，其余段落均縱向連續(xù)。橫隔板(除端橫隔板)中心區(qū)域及兩側(cè)梁端附近底板設(shè)有人孔，便于后期檢修養(yǎng)護(hù)。

1.3 下部結(jié)構(gòu)

本橋1號～4號橋墩采用造型新穎的斜撐式變截面橢圓形鋼管混凝土，墩頂截面長短軸分別為1.0 m和0.8 m，墩底截面長短軸尺寸分別為2.2 m和1.2 m。鋼管壁厚為20 mm，內(nèi)填充C40素混凝土。鋼管混凝土柱底與帶有加勁肋的水平鋼板焊接，鋼板底焊有直徑32 mm錨固粗鋼筋并預(yù)埋在承臺內(nèi)，保證鋼管混凝土柱與承臺間的可靠連接。

鑒于斜撐式橋墩承受縱橫向彎矩均較大，為確保結(jié)構(gòu)運(yùn)營期間在海水及海洋潮濕空氣侵蝕下具有足夠的安全度，本次設(shè)計在所有橋墩墩底2 m高范圍內(nèi)設(shè)置直徑28 mm的鋼筋，并在墩底5 m高度范圍內(nèi)設(shè)置5束15～10預(yù)應(yīng)力鋼束，錨固端伸入承臺1.0 m，采用單端張拉方式。橋墩基礎(chǔ)采用群樁基礎(chǔ)，承臺縱橫向?qū)挾染鶠?.2 m，厚度1.5 m，每個承臺下設(shè)置9根直徑D=0.8 m的鉆孔樁，縱橫向均為3排。

橋臺采用柱式臺，橫向2根直徑D=0.8 m鉆孔灌注樁，蓋梁頂設(shè)置不銹鋼板與鋼箱梁，梁端底板采用面接觸方式支撐。

2 計算模型與分析

2.1 模型建立

本橋為小半徑曲線橋，彎扭耦合作用明顯[2]，為明確結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，設(shè)計階段應(yīng)用Midas/civil綜合程序建立空間梁單元模型。模型在兩端橋臺處僅約束豎向位移，兩邊邊墩采用固定支座，中墩處均為固結(jié)，并且考慮平縱曲線的影響。模型見圖1。

2.2 分析計算

模型分析計算主要包括反力、特征值、地震反應(yīng)譜分析。

2.2.1 反力分析

考慮人行天橋上可能同時出現(xiàn)的作用，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行作用效應(yīng)組合，取最不利效應(yīng)進(jìn)行荷載組合，最不利荷載作用下的反力如表1和圖2所示。

表1 最不利荷載作用下反力

2.2.2 特征值分析

特征值分析采用兩種約束方式進(jìn)行分析：1)邊墩采用雙向固定支座，中墩固結(jié)形式：主梁的一階豎彎(頻率：2.500 Hz)。2)邊墩固定支座，中墩固結(jié)形式：主梁一階豎彎(頻率：3.079 Hz)。

3 結(jié)語

1)由反力分析可得本橋在1號墩會出現(xiàn)最大負(fù)支座反力，對于抗彎的設(shè)計和施工具有指導(dǎo)意義；2)CJJ 69—95城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范2.5.4條款，要求天橋的上部結(jié)構(gòu)豎向自振頻率不應(yīng)小于3 Hz[3]；由特征值分析可知，第一種約束條件不滿足要求，因此采用第二種形式的約束條件；3)由地震反應(yīng)譜分析可看出在偶然組合下，橋墩處的應(yīng)力均為壓應(yīng)力。

[1] 北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司.MIDAS土木結(jié)構(gòu)分析手冊[Z].2005.

[2] 湯 波.城市軌道交通大跨度小半徑曲線梁橋設(shè)計[J].城市軌道交通研究，2013(1):46.

[3] CJJ 69—95，城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范[S].

On application of Midas/civil in modeling analysis of small radius curve section

Zhang Dan

(YanchengInstituteofTechnology,Yancheng224051,China)

The paper has the detailed introduction of upper and lower structures and bridge span allocation of some small radius curve section, and indicates the precautions of Midas/civil software in the curve bridge design by combining with the modeling analysis of the small radius curve section, so as to provide some reference for the design of similar bridges.

curve bridge, model, characteristic value, counter-force

2014-12-18

張 丹(1987- )，男，碩士，助教

1009-6825(2015)06-0154-02

U441

A