基于梁格法的斜交空心板橋計算分析

2016-11-29 08:50:08袁友忠

公路與汽運 2016年5期

關鍵詞：效應橋梁

袁友忠

（衡南縣農村公路管理所，湖南衡陽 421100）

基于梁格法的斜交空心板橋計算分析

袁友忠

（衡南縣農村公路管理所，湖南衡陽 421100）

為研究斜交空心板橋的空間受力性能，以潭邵（湘潭—邵陽）高速公路上3座不同斜交角度的空心板橋為研究背景，利用MIDAS/Civil建立梁格模型進行計算分析。計算結果表明，對于20 m斜交角度為25°的空心板橋，其中梁在公路-Ⅰ級活載作用下的活載效應比汽車-超20增大約3.1%，而邊梁減小5.5%；對于13 m空心板橋，在自重作用下，斜交角度為30°時的荷載效應比斜交角度為40°時的大22%左右；13 m斜交空心板橋的活載效應與20 m斜交度為25°的空心板橋類似。

橋梁；斜交空心板；梁格法；荷載效應

高速公路上的大型橋梁一般設計為直線形式，很少在橋上設置緩和曲線或設計為斜交橋，但一些中小型橋梁為了滿足線形需要，同時為了跨越一些小的公路或水溝不得已設計成曲線或斜交的形式。預應力砼空心板橋受力明確且構造簡單，是中小型橋梁設計的首選。但一旦正交的空心板橋變成斜交的空心板橋，其受力就會發生較大變化。對比已有斜交空心板和正交空心板橋的病害情況，它們之間的典型病害存在較大不同，這主要是由其受力不一致造成的。該文以潭邵（湘潭—邵陽）高速公路上不同斜交角度空心板橋為研究背景，采用有限元方法分析斜交角度對預應力砼空心板梁受力特性的影響，為工程設計及加固提供參考。

1 工程概況

潭邵高速公路是國家重點規劃的“五縱七橫”國道主干線網中上海至云南瑞麗高速公路在湖南境內的一段，主線全長217.968km，采用全部控制出入的四車道高速公路標準，設計行車速度按路段分別采用120和100km/h。其中湘潭至婁底段（K1054+400—K1134+060）共有111座橋梁，分別為：主線及跨線橋梁79座（特大橋1座、大橋5座、中橋40座、小橋33座；空心板橋36座，預應力空心板橋30座，T梁橋7座，現澆箱梁5座，組合梁橋1座）；天橋32座。選取其中斜交角度較大，具有典型意義的3座橋梁進行研究，橋梁參數見表1。

表1　潭邵高速公路上3座斜交空心板橋的設計參數

2 研究方法

3座橋梁的斜交角度都超過20°。根據相關文獻，當斜交角度大于20°時，采用普通單梁模型進行計算將與實際產生較大偏差，一般采用剪力-柔性梁格法。

（1）梁格法的基本概念。梁格法的主要思路是將一個結構分散成橫向和縱向構件，之間采用虛擬梁連接，其中縱向構件為分散的每塊主梁的抗扭和彎曲剛度。

（2）梁格劃分的基本原則。采用梁格法對橋梁結構進行劃分時主要遵守以下原則：1）縱向構件的位置與縱向腹板相重合，為加載方便，可在懸臂端部設置虛擬縱向構件。2）橫向梁格設置視結構的實際情況確定，若橫隔板較多，則橫向構件與橫隔板重心重合；若橫隔板間距較大，則增加橫向虛擬梁格，每跨至少分成3～6段，以保證足夠的精度。

（3）斜交梁格劃分。考慮到斜交橋的受力特性，斜交橋的梁格劃分應盡量與力的作用方向或結構內配筋方向一致。當斜交角度小于20°時，在與正交橋梁受力相差不大的情況下，可采用圖1（a）所示的斜交梁格；當斜交角度較大且橋面較窄時，采用圖1（b）所示平行設計強度線的方式劃分梁格；當橋面寬度和跨度相當或大于跨度時，按照圖1（c）所示劃分梁格較為合適。由于3座橋梁都較寬，采用圖1（c）所示正交于支撐的梁格方法進行計算。

圖1　斜交橋上部結構網格劃分

選用橋梁專用設計軟件MIDAS/Civil 2012進行計算分析，將驗算參數分別應用至程序中進行折減。根據JTJ D62-2004《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》選取基本組合進行驗算。

3 計算分析

3.120 m斜交角25°預應力空心板計算分析

K1071+970響水壩中橋跨徑為20 m，空心板斜交角度為25°，空心板橫向數量為8片。

梁格法中最重要的單元即縱向主梁采用平面梁單元模擬，空心板的兩邊支承采用簡支形式，但由于空心板之間采用鉸接形式，每片縱梁之間的橫梁均劃分為2個單元，單元之間的結點設為鉸接。通過在“模型＞邊界＞釋放梁端約束”中選擇“鉸-剛接”進行模擬，程序自動將單元的My、Mr約束設置為零。模型中，縱梁為實梁，橫梁為虛擬梁（不計重量），兩者材料特性一致。汽車活載通過軟件中的橫向聯系梁來模擬。模型同時考慮結構自重及溫度荷載的作用，根據荷載組合要求進行主梁極限承載力計算（見圖2）。