部分位于曲線段的連續(xù)剛構(gòu)橋以直代曲計(jì)算的差異分析

孟天昌

泛華建設(shè)集團(tuán)有限公司南京設(shè)計(jì)分公司，江蘇 南京 210000

連續(xù)剛構(gòu)橋綜合了連續(xù)梁橋和“T”形剛構(gòu)橋的受力特點(diǎn)，主梁為連續(xù)梁體，并與橋墩固結(jié)，造型美觀，經(jīng)濟(jì)性也較高，因此連續(xù)剛構(gòu)橋在許多城市得到了廣泛的應(yīng)用。近幾年隨著城市化建設(shè)的發(fā)展，城市建設(shè)中經(jīng)常遇到斜、彎橋，但為了保護(hù)土地資源，不便于進(jìn)行線位調(diào)整，特別是大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的斜、彎橋受力特性復(fù)雜，需通過(guò)空間有限元軟件精細(xì)化模擬計(jì)算，設(shè)計(jì)工作量較大，周期較長(zhǎng)，前期設(shè)計(jì)階段常規(guī)按直線橋進(jìn)行定性分析。為此，文章通過(guò)工程實(shí)例進(jìn)行計(jì)算分析，研究部分位于曲線段的連續(xù)剛構(gòu)橋以直代曲計(jì)算的差異情況。

1 工程概況

某跨河大橋主橋采用連續(xù)剛構(gòu)形式，橋位處河口寬220m。主橋采用75m+130m+75m=280m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，跨中梁高3m，支點(diǎn)梁高6m，梁高呈二次曲線變化。根據(jù)規(guī)劃線位，該橋左邊跨位于300m 的平曲線段。

主梁采用單箱多室，直腹板，頂板寬度為18m，底板寬度為12m。箱梁頂板厚度為28cm，底板厚度為30cm，支點(diǎn)處加厚至80cm。每側(cè)腹板厚50cm，靠近端部漸變至60cm，靠近中支點(diǎn)漸變至80cm。主梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系，縱、橫向預(yù)應(yīng)力采用φS15.20 鋼絞線，豎向預(yù)應(yīng)力采用JL32 高強(qiáng)精軋螺紋粗鋼筋。

考慮橋位處地質(zhì)情況較差，主橋基礎(chǔ)均采用承臺(tái)樁基礎(chǔ)。主橋施工期間需滿足通航需求，故該橋主梁采用掛籃懸臂澆筑施工。

2 模型計(jì)算及分析

為對(duì)比連續(xù)剛構(gòu)橋直橋模型與彎橋模型的受力分析結(jié)果，使用橋梁有限元分析軟件MIDAS、CIVIL 分別建立直橋模型與彎橋模型，進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)空間有限元靜力計(jì)算分析，主墩基座底施工彈性約束，根據(jù)懸臂施工法的施工過(guò)程分步建立有限元模型。

（1）正截面抗彎承載能力對(duì)比。直橋、彎橋正截面抗彎承載能力驗(yàn)算結(jié)果如圖1 所示。

圖1 直橋正截面抗彎承載能力驗(yàn)算結(jié)果

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 023—85）驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)作用效應(yīng)的組合設(shè)計(jì)最大值均小于等于構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值，滿足規(guī)范要求。直橋模型與彎橋模型的正截面抗彎承載能力無(wú)明顯差異，如圖2 所示。

圖2 彎橋正截面抗彎承載能力驗(yàn)算結(jié)果

（2）支反力對(duì)比。直橋、彎橋支反力計(jì)算結(jié)果如表1、表2 所示。

表1 直橋支反力計(jì)算結(jié)果

表2 彎橋支反力計(jì)算結(jié)果

由表1、表2 可知，在最不利荷載組合下彎橋與直橋相比（以直橋?yàn)榛鶞?zhǔn)），主墩水平推力彎橋模型較直橋模型增大0.6%，主墩墩底彎矩彎橋模型較直橋模型減小0.7%，主墩豎向支撐力一致，可見(jiàn)相差不大；邊墩水平推力一致，北側(cè)邊墩墩底彎矩彎橋模型較直橋模型減小4.6%，南側(cè)邊墩墩底彎矩彎橋模型較直橋模型增大1.3%，邊墩豎向支撐力一致，可見(jiàn)相差不大。

（3）結(jié)構(gòu)正截面抗裂對(duì)比。直橋、彎橋正截面抗裂驗(yàn)算長(zhǎng)期效應(yīng)組合結(jié)果如圖3、圖4 所示。直橋模型長(zhǎng)期效應(yīng)組合截面最大壓應(yīng)力為8.63MPa，彎橋模型長(zhǎng)期效應(yīng)組合截面最大壓應(yīng)力為8.31MPa。

圖3 直橋正截面抗裂驗(yàn)算長(zhǎng)期效應(yīng)組合結(jié)果

圖4 彎橋正截面抗裂驗(yàn)算長(zhǎng)期效應(yīng)組合結(jié)果

由圖4 可知，直橋模型與彎橋模型正截面拉應(yīng)力包絡(luò)圖無(wú)明顯差異，在最不利荷載組合下彎橋與直橋相比（以直橋?yàn)榛鶞?zhǔn)），最大壓應(yīng)力彎橋模型較直橋模型減少3.7%。

（4）持久狀況構(gòu)件應(yīng)力對(duì)比。①正截面混凝土法向壓應(yīng)力對(duì)比。直橋、彎橋正截面混凝土法向壓應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果如圖5、圖6 所示。直橋混凝土法向壓應(yīng)力最大值σkc+σpt=17.81MPa。彎橋混凝土法向壓應(yīng)力最大值σkc+σpt=18.54MPa。

圖5 直橋正截面混凝土法向壓應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果

圖6 彎橋正截面混凝土法向壓應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果

由圖6 可知，直橋模型與彎橋模型正截面混凝土法向壓應(yīng)力大小無(wú)明顯差異，在最不利荷載組合下彎橋與直橋相比（以直橋?yàn)榛鶞?zhǔn)），法向壓應(yīng)力彎橋模型較直橋模型增加4.1%。

②斜截面混凝土的主壓應(yīng)力對(duì)比。直橋、彎橋斜截面混凝土的主壓應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果如圖7、圖8 所示。直橋斜截面混凝土的主壓應(yīng)力最大值σcp=18.77MPa，彎橋斜截面混凝土的主壓應(yīng)力最大值σcp=18.76MPa。

圖7 直橋斜截面混凝土的主壓應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果

圖8 彎橋斜截面混凝土的主壓應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果

由圖8 可知，直橋模型與彎橋模型斜截面混凝土的主壓應(yīng)力大小無(wú)明顯差異。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章采用以直代曲的簡(jiǎn)化計(jì)算與實(shí)際受力特性的差異，通過(guò)對(duì)比兩者的計(jì)算結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于大半徑曲線連續(xù)剛構(gòu)橋，兩者力學(xué)性能差異較小，采用以直代曲簡(jiǎn)化計(jì)算，基本能真實(shí)地反映實(shí)際受力特性，實(shí)際工程前期設(shè)計(jì)過(guò)程中可采用此方法進(jìn)行定性分析，節(jié)約設(shè)計(jì)周期。