連續剛構橋中跨置換模型分析

(重慶交通大學　重慶　400074)

一、前言

國內于上世紀70年代開始大跨徑混凝土連續梁(剛構)橋的建設工作，因其良好適應性和經濟性迅速成為跨徑60m～300m范圍內最具競爭力的橋型，被廣泛運用于公路大型橋梁及市政高架橋梁。由于當時橋梁結構設計和材料理論不完善、日益遞增的交通運輸量、養護管理的局限性和近年來惡劣的自然條件，引發了部分橋梁的各種問題和結構性病害，主要表現為開裂和跨中下撓等問題，嚴重者將限制橋梁的正常使用或導致結構喪失承載能力。現通過理論分析研究出了一種梁段置換加固方法，即將跨中相當長度的混凝土梁段置換成鋼梁梁段，從而徹底解決跨中下撓問題，并提高橋梁承載能力。

二、節段置換模型

試驗模型橋型布置為3.5m+6m+3.5m，模擬三孔一聯的預應力混凝土梁橋，邊中跨比為0.583。截面采用單片工字梁代替箱梁截面，模擬其受力特性。主梁縱向采用變高度梁，跨中及邊跨合攏段梁高為0.28m，中支點處梁高為0.6m。全橋頂板厚為0.12m，寬為0.6m，腹板厚為0.07m。

圖1　置換前模型實體單元模型

首先置換加固節段長度不宜過長，考慮到如果置換加固法運用到實際當中，過長的置換加固節段對于橋梁加固來說的經濟代價非常大，而且置換加固節段長度越長，施工難度越大，工期也越長，這是非常不可取的。對于本文模型橋來說，如果將置換加固段長度設置太短，構件尺寸的限制會直接導致置換加固過程的模擬不符合設計甚至試驗失敗的情況。因此將置換加固長度定為跨中2m節段，即主跨的1/3。這是因為，重慶石板坡長江大橋復線橋的鋼梁長度108m，主跨長度為330m,鋼梁長度接近主跨的1/3，說明置換加固段長度設置為主跨的1/3是切實可行的。而且本文模型橋進行置換加固時，跨中2m長度能夠滿足節段切除方案以及鋼混接頭安裝澆筑完畢后預應力的再次張拉預留長度，對于靜載試驗荷載的確定也有一定的幫助，可以說是對于本文模型橋來說較為合理的置換加固長度。

由于中跨長6m，節段置換后的模型將選取中跨1/3梁(即2m長)段置換成鋼梁，提高橋梁的承載能力。其中2m長鋼梁分為0.4m鋼混接頭+1.2m鋼梁梁段+0.4m鋼混接頭。模型采用實體單元進行模擬，并進行六面體網格劃分。混凝土的本構模型同加固前試驗模型橋實體模型，鋼梁采用 Q345材料，本構模型選用范梅塞斯模型，初始屈服應力為 345Mpa,本模型假設鋼材為完全塑性材料，因此定義函數選擇無。

圖2置換后模型實體單元模型

三、節段置換計算結果

在 Midas/FEA 中對試驗模型橋跨中兩米置換加固段頂面單元施加 30kN/m2均布面壓力，分析類型選擇非線性分析，荷載步驟數設置為 200，以確定截面應力達到抗裂計算限值時的荷載值。經有限元建模計算，加固前預應力混凝土梁模型橋跨中兩米節段受均布荷載達到12.6KN/m時，跨中底板拉應力超過ftk=2.4Mpa。現擬用12.6KN/m跨中兩米節段均布荷載作為構件開裂荷載計算值，進行本次靜載試驗。下面是加載到控制荷載時置換前后關鍵截面處的位移計算值。

表1　關鍵截面位移計算值比較(mm)

四、結語

本文針對預應力混凝土連續剛構橋由于中跨自重大導致跨中下撓嚴重的問題，提出節段置換的方法，并分別建立置換前后小比例模型，做荷載靜力分析，發現置換后中跨跨中處置換后下撓明顯減小，說明中跨置換成鋼梁能有效減輕下撓，這對以后的舊橋加固具有一定得參考意義。

【參考文獻】

[1]鄧文中，待彤.重慶石板坡長江大橋復線橋總體設計[J].橋梁建設 2006,(6):18-20.

[2]劉濱銳.連續剛構橋常見病害分析及防治措施[D]:[碩士學位論文].重慶：重慶交通大學土木 建筑學院，2012

[3]王宏.高墩大跨連續剛構橋穩定性和靜力分析[D].大連:大連理工大學.2004.

[4]劉玉擎.混合結構橋梁[M].北京：人民交通出版社.2005.

[5]劉雪山，劉安雙，代彤，劉國祥.重慶石板坡長江大橋復線橋鋼—砼接頭設計[J].北京交通 大學學報.2006.

[6]陳幵利，王戒躁，安群慧.舟山桃夭門大橋鋼與混凝土結合段模型試驗研究[J].土木工程學報，2006,39(3)：86-90.

[7]胡明義，黃冰釋，余俊林，唐守峰.鄂東長江公路大橋設計關鍵技術[J].橋梁建設2011,(5):64-68