某變截面連續梁橋施工階段及運營階段結構分析

張東東，陳圓圓，曹　峰

(中交第二公路工程局有限公司，陜西 西安　710065)

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某變截面連續梁橋施工階段及運營階段結構分析

張東東，陳圓圓，曹峰

(中交第二公路工程局有限公司，陜西 西安710065)

摘要：采用MIDAS分析軟件，對某變截面連續梁橋施工階段和運營階段進行結構分析，總結此類橋型在兩種狀態下的受力模式，為類似橋梁工程建設提供借鑒。

關鍵詞：變截面；連續梁；結構分析

0引言

近年來，連續梁橋被廣泛應用于橋梁建設中，此類橋梁為超靜定結構且一聯內沒有橋梁接縫，因此其具有剛度大、整體性好、跨越能力大、節省材料且行車舒適等優點。此類橋主梁內有正、負彎矩，構造復雜，且墩臺不均勻沉降會引起梁體內力變化，所以對此類橋在施工階段和運營階段的結構分析尤為重要。以某全長427 m變截面連續箱梁橋為例，采用有限元分析軟件MIDAS進行驗算，分析其在兩個階段的受力模式，為類似橋梁工程建設提供借鑒。

1工程概況

某橋梁主橋全長427 m，橋跨布置形式為36 m+65 m+3×75 m+65 m+36 m，采用預應力混凝土變截面連續箱梁，板式墩，全寬40 m，分雙幅設置，單幅截面形式為單箱雙室直腹板截面，頂板寬20 m，底板寬14 m，跨中梁高1.8 m，高跨比1/41.7。該橋采用三向預應力結構，縱向預應力分為頂板束、腹板束、底板束和合攏鋼束，采用15Φs15.2 mm、17Φs15.2 mm、19Φs15.2 mm、5Φs15.2 mm與13Φs15.2 mm五種規格的預應力鋼絞線；橫向預應力采用3Φs15.2 mm的預應力鋼絞線；豎向預應力采用Φ32 mm的精軋螺紋粗鋼筋。

該橋梁除合攏段、邊跨現澆段外其余均采用掛籃懸臂施工，共分成6個“T”，100個節段，各個“T”同時懸澆，按照先邊跨后中跨的順序依次合攏后，拆除臨時支座，完成體系轉換。

2主要技術標準

公路等級：II級城市主干道；

機動車道數：雙向6車道；

計算行車速度：50 km/h；

橋面寬度：0.5(護欄)+3.5 m(人行道)+4.5 m(非機動車道)+11.5(行車道)+11.5(行車道)+4.5 m(非機動車道)+3.5 m(人行道)+0.5 m(護欄)=40 m；

設計荷載：城-A級，人行道人群荷載3.5 kN/m2；

地震動峰值加速度：0.12 g。

3計算程序及驗算荷載

該橋采用MIDAS進行驗算，驗算時橋梁離散為190個單元，187個節點。

每個標準梁段的施工過程分為三個階段：(1)移動掛籃到要澆筑的梁段位置；(2)澆筑梁段混凝土；(3)張拉梁內預應力。計算共劃分為17個施工階段和1個運營階段。計算中各種荷載取值如下。

①恒載。

混凝土容重：25 kN/m3，二期恒載的線荷載：115.0 kN/m。

②活載。

設計荷載：城-A級，人群荷載為3.5 kN/m2。

③溫度。

整體升溫按34 ℃計，整體降溫按3 ℃計，合攏溫度取14 ℃。橋面板日照溫差按照《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60-2004)4.3.10內插取值。

④基礎沉降。

0#、7#墩按1.2 cm，1#、6#墩按1.7 cm，2#、5#墩按2.3 cm，3#、4#墩按2.5 cm考慮。

⑤施工臨時荷載。

掛籃重量按164.2 t計，跨中合攏吊架重量按27 t計。

4結構分析

4.1施工階段分析

根據計算結果，主梁在施工階段最大法向壓應力為10.7 MPa，發生在施工階段10#梁段施工時0#塊梁頂處，截面下緣不出現拉應力，滿足規范要求。

4.2運營階段分析

(1)荷載組合。

組合1 ：恒載+基礎沉降

組合2 ：組合1+車道荷載+人群荷載

組合3 ：組合1+整體升溫+正溫度梯度

組合4 ：組合1+整體升溫+負溫度梯度

組合5 ：組合1+整體降溫+正溫度梯度

組合6 ：組合1+整體降溫+負溫度梯度

組合7 ：組合3+車道荷載+人群荷載

組合8 ：組合4+車道荷載+人群荷載

組合9 ：組合5+車道荷載+人群荷載

組合10 ：組合6+車道荷載+人群荷載

(注：恒載包括：結構重力+預加應力+混凝土收縮徐變等)

(2)持久狀況承載能力極限狀態承載力驗算。

主梁的抗彎、抗剪計算如表1、表2所示。

表1　主梁各控制截面抗彎強度

續表1

表2　主梁各控制截面抗剪強度

驗算結果表明，主梁各控制截面抗彎、抗剪強度均滿足設計要求。

(3) 持久狀況正常使用極限狀態抗裂性及變形驗算

中跨跨中長期撓度值，在消除結構自重產生的長期撓度后，最大值為5.5 cm，小于規范允許值L/600=12.5 cm，主梁變形滿足規范要求。

計算結果表明，正常使用極限狀態最小法向壓應力為0.06 MPa，不出現法向拉應力。最大主拉應力為0.9 MPa，滿足規范要求。

(4)持久狀況預應力混凝土構件應力驗算

通過對持久狀況預應力混凝土構件應力驗算，結果表明，持久狀況構件應力最大法向壓應力為15.7 MPa，小于容許法向壓應力16.2 MPa。最大主壓應力為16.4 MPa，小于容許主壓壓應力19.44 MPa，滿足規范要求。

5計算分析結論

通過上述計算分析：該橋在主梁施工過程中，結構未出現拉應力，滿足規范要求；正常使用極限狀態和承載能力極限狀態下的各種組合工況均滿足規范要求。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家標準(JTG D62-2004). 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].北京:人民交通出版社,2004.

[2]中華人民共和國國家標準(JTG D60-2015). 公路橋涵設計通用規范[S].北京:人民交通出版社,2015.

[3]中華人民共和國國家標準(CJJ11-2011). 城市橋梁設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2011.

Structural analysis of variable cross-section continual beam bridge during its construction and service stage

ZHANG Dong-dong，CHEN Yuan-yuan，CAO Feng

(CCCC Second Highway Engineering Co.,Ltd.，Xi′an，Shanxi 710065，China)

Abstract:This paper analyzes the structure stress of variable cross-section continual beam bridge during its construction and service stage using MIADS，summarize the bearing mode of these stage for this kind of brige , to provide reference for similar bridge construction.

Keywords:variable cross-section；continual beam；structural analysis

中圖分類號：U445.1

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)01-0085-02

作者簡介：張東東(1983-)，男，碩士研究生，工程師，從事公路項目橋梁設計研究；陳圓圓(1983-)，女，碩士研究生，工程師，從事公路項目橋梁設計研究；曹峰(1982-)，男，碩士研究生，工程師，從事公路項目試驗檢測，施工監控、監測等工作。

收稿日期：2016-01-05