大跨度橋梁架構(gòu)分析及優(yōu)化

朱 寧 沈陽(yáng)市市政工程修建集團(tuán)有限公司工程師

當(dāng)前大跨度橋梁分為斜拉橋和懸索橋2 種，都是由鋼梁和混凝土梁組成，其中主要受壓點(diǎn)是橋梁的中跨、邊跨和主跨，橋梁的混凝土橋面易受壓和受彎，鋼梁承受的張拉力較大。橋梁的三部分缺一不可[1]，其中任何一個(gè)部分出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)影響橋梁整體性能，所以國(guó)內(nèi)外都在積極開(kāi)展對(duì)橋梁性能及架構(gòu)的研究。

1 大跨度橋梁架構(gòu)承壓性能分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

1.1 大跨度橋梁架構(gòu)承壓性能分析

只有先分析橋梁架構(gòu)的承壓能力，才能對(duì)大跨度橋梁架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，增強(qiáng)橋梁性能。因此，采用等效屈服彎矩的驗(yàn)算方式，判斷橋梁界面的承壓性能[2-3]。為此計(jì)算橋梁截面，如圖1 所示，在給定軸力下的彎矩曲率曲線上，確定橋梁第一根鋼筋，承壓屈服時(shí)為第一次彎曲點(diǎn)，橋梁界面失效時(shí)為最大曲率點(diǎn)。

圖1 橋梁彎矩曲率曲線

此時(shí)，式（1）得到的等效屈服彎矩越大，大跨度橋梁架構(gòu)承壓能力越高，反之越低。由此可見(jiàn)，優(yōu)化大跨度橋梁架構(gòu)，可以通過(guò)增大等效屈服彎矩，增加大跨度橋梁的承壓性能。

1.2 大跨度橋梁架構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

表1 大跨度橋梁縱橋向應(yīng)力 （MPa）

入式（2），則有：

2 實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證此次大跨度橋梁架構(gòu)實(shí)際應(yīng)用效果，將進(jìn)行對(duì)比仿真實(shí)驗(yàn)，選擇某區(qū)域近期建造完成的大跨度橋梁作為此次實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象，采用MATALB 作為實(shí)驗(yàn)仿真軟件。并將此次研究的大跨度橋梁架構(gòu)優(yōu)化方法記為實(shí)驗(yàn)A 組，傳統(tǒng)大跨度橋梁架構(gòu)優(yōu)化方法記為實(shí)驗(yàn)B 組。通過(guò)改變大跨度橋梁承受的荷載，對(duì)比兩組方法中橋梁，頂板、底板、U肋、T肋及腹板的縱橋向應(yīng)力。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

此次實(shí)驗(yàn)共選擇32 個(gè)BGK4200 表面式振弦傳感器，測(cè)量大跨度橋梁應(yīng)變，并將10 個(gè)傳感器安裝在鋼混結(jié)合段橫橋向，22 個(gè)傳感器分別埋設(shè)在鋼混結(jié)合段及PC箱梁段縱橋向；BGK-MICRO-40 自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集儀，則與BGK4200 表面式振弦傳感器相連接，從而得到傳感器測(cè)定的應(yīng)變數(shù)據(jù)。此時(shí)，需要對(duì)BGK4200 表面式振弦傳感器進(jìn)行處理，處理公式如下：

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

基于上述確定的模擬環(huán)境以及大跨度橋梁基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在MATALB 上采用兩組優(yōu)化方法，針對(duì)原本的大跨度橋梁進(jìn)行優(yōu)化，并在同一時(shí)間施加相同的荷載，且荷載每隔5 min 增加500 kN/m2，然后提取兩座大跨度橋梁中頂板、底板、U 肋、T 肋及腹板的縱橋向應(yīng)力，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

從表1 可以看出，實(shí)驗(yàn)B 組優(yōu)化大跨度橋梁，在受到一定的荷載時(shí)，產(chǎn)生了較大的縱向應(yīng)力，且隨著荷載的增加，縱向應(yīng)力也在不斷加大。尤其是實(shí)驗(yàn)B 組大跨度橋梁的U 肋和T 肋，縱橋向應(yīng)力出現(xiàn)較大的差值，表明其存在受力不均勻的現(xiàn)象，各部件存在縱橋向荷載分擔(dān)不合理問(wèn)題；而實(shí)驗(yàn)A 組優(yōu)化大跨度橋梁，在受到一定的荷載時(shí)，產(chǎn)生的縱向應(yīng)力較小，且隨著荷載的增加，縱向應(yīng)力增加均勻，并未出現(xiàn)突增的現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，此次研究所優(yōu)化的大跨度橋梁架構(gòu)，各構(gòu)件受力均勻，分擔(dān)的縱橋向荷載比較合理。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，此次研究充分分析了大跨度橋梁架構(gòu)的承壓性能，進(jìn)一步優(yōu)化了大跨度橋梁架構(gòu)。今后還需根據(jù)大跨度橋梁架構(gòu)承壓性能，結(jié)合實(shí)際情況，重點(diǎn)研究大跨度橋梁的架構(gòu)材料，優(yōu)化大跨度橋梁架構(gòu)。