裝配式斜交空心板橋受力分析及試驗研究

楊晶晶 李睿 徐征

摘 ?要： 裝配式斜交空心板橋受力比較復雜，在設計裝配式斜交空心板橋時一般按正交橋來計算配筋，然而在豎向荷載作用下，其內(nèi)力、應力、撓度都與相應的正交橋有明顯的差別。本文通過對一座已建裝配式斜交空心板橋分別進行單梁、整體梁格Midas civil模型計算，并與荷載試驗結(jié)果相對比，得出了裝配式斜交空心板橋的受力特點，指出了按正交橋來設計裝配式斜交空心板橋在內(nèi)力、應力、撓度等方面所存在的誤差，為今后類似裝配式斜交空心板橋的設計提供參考。

關(guān)鍵詞： 裝配式;斜交;空心板;橫向分布計算

中圖分類號： U442.5 ? ?文獻標識碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.04.017

本文著錄格式：楊晶晶，李睿，徐征，等. 裝配式斜交空心板橋受力分析及試驗研究[J]. 軟件，2019，40（4）：8487

【Abstract】： The prestressed hollow slab bridge is more complicated. When designing the prestressed hollow slab bridge， the orthogonal bridge is used to calculate the reinforcement. However， under the vertical load， the internal force， stress and deflection are corresponding. There are significant differences in orthogonal bridges. In this paper， a single-beam and integral beam Midas civil model is calculated for a prefabricated oblique hollow slab bridge， and compared with the load test results， the force characteristics of the assembled oblique slab bridge are obtained. The error of internal force， stress and deflection of the fabricated skewed hollow slab bridge is designed according to the orthogonal bridge， which provides a reference for the design of similarly fabricated oblique slab bridges in the future.

【Key words】： Assembled; Skewed; Hollow slab; Lateral distribution calculation

0 ?引言

在很多工程實際中，由于路線與所跨越的河流等存在障礙，而不得不采用斜交橋的方案[1]。斜交橋中，預制裝配式空心板橋的應用相對較多。斜交橋的計算，往往近似地按正交橋來考慮，計算其橫向分布系數(shù)，然后進行配筋[2]。而事實上，斜交橋梁的受力與正交橋有很大的區(qū)別，在同樣的荷載作用下，其內(nèi)力、應力、撓度的大小、分布等，都與正交橋有很大的區(qū)別，且這種區(qū)別會隨著斜交角度的增加而增大[3，4];斜交板橋的銳角處與鈍角處的受力相差較大[5]。本文以云南省某斜交空心板橋為例，對該橋在多種荷載工況下的受力特性進行計算分析并進行荷載試驗。計算時，近似地按正交橋計算其空心板的橫向分布系數(shù)，選取有代表性的單梁建立Midas civil單梁模型進行計算，并與Midas civil整體梁格模型、荷載試驗結(jié)果進行比較分析，從而了解裝配式斜交空心板橋的實際受力情況。

1 ?斜交空心板橋的受力特點

斜交橋的縱向主彎矩比跨徑為斜跨長、寬度為b的正交橋小，并隨斜交角的增大而減小如圖1所示[6]，其次斜交橋的縱向最大彎矩的位置，隨斜交角的增大從跨中向鈍角部位移動如圖2所示[7]。

預制裝配式斜交空心板橋在垂直荷載下一般具有下列特性：1）在自重作用下最大撓度發(fā)生在跨中截面，且沿寬度方向均勻分布[8，9];2）裝配式斜交空心板橋與整體式斜交空心板橋相比，在自重作用下的應力分布更加均勻[10，11];3）其剪應力的最大值集中在兩個鈍角的平分線上[12，13];4）自重小，整體撓度和結(jié)構(gòu)的應力都相對較小[14，15];5）寬跨比對斜交空心板橋的影響：寬橋?qū)π敝С忻舾校瓨蛐敝С兄挥绊懼С芯植縖16，17];6）裝配式斜交空心板橋邊板跨中彎矩最大值大于次邊板和中板的跨中彎矩最大值[18，19]。

2 ?工程實例

2.1 ?工程概況

云南某斜交空心板橋，其上部結(jié)構(gòu)為1-17米預應力混凝土斜交空心板，斜交角為45°。設計荷載城市A級;橋?qū)?2米，橫向由30塊板組成，分左右幅，中板寬99 cm，邊板寬99.5 cm，板與板之間的鉸縫寬度為1 cm。鋼絞線彈性模量取E= 195000 Mpa，標準抗拉強度1860 MPa，張拉控制應力按照圖紙上所提供的數(shù)據(jù)，其值為0.72fpk=1339 MPa，對該橋進行荷載試驗。

2.2 ?計算模型

綜合考慮先張法預應力空心板的特點以及測試的需要，采用梁格法建立Midas civil模型，梁本身自重和預應力效應單獨考慮。空心板材料為C50混凝土，其彈性模量、容重等材料參數(shù)均《公路橋涵設計規(guī)范》取定。彈性模量取E=34500 MPa，容重取γ=26 KN/m2，Midas civil全橋計算模型如圖3所示。

2.3 ?試驗荷載及加載方式

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)型式，確定了各加載截面的最不利內(nèi)力，按照荷載等效原則，試驗荷載擬由載重車輛車隊組成。橋梁汽車試驗荷載選用典型的三軸載重自卸汽車3輛，單車總重量400KN。其前軸承載80KN，兩后軸分別承重160KN。試驗車輛尺寸及軸重如圖4所示。

2.4 ?工況的確定

本文的靜載試驗分為2個工況，其中以左幅為例。試驗車輛縱向及平面布置如圖5、圖6所示，橋梁左幅應變測點布置如圖7所示。

試驗工況1：布置1、2號試驗車輛加載;試驗工況2：布置1、2、3號試驗車輛加載。如圖6所示。

2.5 ?橫向分布計算

為不失代表性，選取1號邊板、9號中板、16號中板，近似地按正交橋的方法，分別用鉸接板法和剛接梁法計算其橫向分布系數(shù)，然后建立Midas civil單梁模型進行計算分析，并與Midas civil梁格模型、荷載試驗的結(jié)果對比，最終得到裝配式斜交空心板橋的實際受力狀態(tài)。兩種橫向分布計算方法所得橫向分布系數(shù)如表1所示。

3 ?受力特點分析

通過對比1號、9號、16號最不利縱板的兩種Midas civil單梁模型、Midas civil梁格模型以及荷載試驗的空心板板底應力值及位移，分析橫向鉸接板法、橫向剛接梁法建立的模型應力及位移并與梁格模型計算結(jié)果、荷載試驗結(jié)果比較，由此判斷兩種橫向分布計算方法的誤差大小。工況1、2條件下縱板1、9、16兩類Midas civil單梁模型、Midas civil梁格模型及荷載試驗的應力值及位移值如表2、表3。采用正交和斜交方法計算得到的基頻與動載試驗測試得到的基頻如表4。

從表2和表3可以看出，發(fā)現(xiàn)Midas civil梁格模型計算結(jié)果與荷載試驗數(shù)據(jù)最為接近，在荷載作用下，其實際應力、撓度，都比采用單梁模型計算的要小得多。從表4可以看出，采用斜交模型計算得到的橋梁基頻比正交計算要大，且更接近實測值，也就是說，與同等跨徑的正交橋相比，斜交橋的剛度相對較大。因此，在對斜交橋進行設計計算時，如果采用單梁模型，近似地按照正交橋的方法計算橫向分布系數(shù)，再計算其內(nèi)力、應力和變形，將得到相對保守的結(jié)果。同時，也會導致對橋梁受力特點的誤判。

4 ?結(jié)論

通過對具有代表性的1、9、16號縱板進行分析，分別用Midas civil單梁模型和Midas civil梁格法模型進行計算，并與荷載試驗對比，可以得到如下結(jié)論。

（1）斜交橋與正交橋受力相差極大，不應簡單地采用正交橋的橫向分布系數(shù)方法來計算斜交橋，否則，將會帶來較大的誤差;

（2）由于斜交橋特殊的受力特點，會使得其整體性比同等跨徑的正交橋好，而且整體剛度比同等跨徑的正交橋要大;

（3）對于斜交橋的設計和計算，必須采用有限元方法建模分析，才能得到相對準確的結(jié)果。

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