雙跨式連續(xù)剛構橋與連續(xù)梁橋靜動力對比分析

摘 要：本文以跨徑為2×50m連續(xù)剛構橋與連續(xù)梁橋為例，在截面尺寸、材料類型、施工方法均相同的條件下，建立了兩座橋梁的有限元模型。通過對兩跨式連續(xù)剛構橋及連續(xù)梁橋的靜、動力計算，比較分析了兩種橋型的靜動力特性。研究結果表明：在剛構橋橋墩柔度較小的情況下，連續(xù)剛構橋主梁的靜力特性與連續(xù)梁橋類似，在設計時可以按連續(xù)梁橋進行設計；連續(xù)剛構橋自振周期大小與連續(xù)梁橋基本相同，兩種結構低階振型及頻率相差較小，而高階振動頻率差異較大。研究結論可為同類型橋梁的設計及方案比選提供參考。

關鍵詞：連續(xù)剛構橋；連續(xù)梁橋；靜動力分析；動力特性

引言

我國自五十年代中期開始修建預應力混凝土梁橋，至今已有六十年的歷史。經(jīng)過幾十年來預應力混凝土橋梁技術的廣泛應用，連續(xù)梁橋的設計、結構分析、試驗研究、預應力材料及工藝設備、施工工藝等方面已日趨成熟。跨徑在150m以內的橋型中，預應力連續(xù)梁橋在公路、城市和鐵路橋梁工程中得到廣泛采用[1]。然而，隨著橋梁跨徑的增大和橋墩的增高，支架施工工藝受到了極大的限制。為了解決這個難題，利用橋墩本身的抗彎剛度來抵御不平衡彎矩的懸臂施工法應運而生，這就出現(xiàn)了T型剛構橋。近年來，隨著高速交通的迅速發(fā)展， 要求行車平順舒適，多伸縮縫的T 型剛構也不能很好滿足要求[2]。懸臂施工時，梁墩臨時固結，合攏后梁墩處改設支座，轉換體系而成連續(xù)梁。連續(xù)梁除兩端外其他無伸縮縫，有利于行車，但需梁墩臨時固結和轉換體系，同時需設大噸位盆式支座，費用高， 養(yǎng)護工作量大。于是連續(xù)剛構應運而生，近年來得到較快的發(fā)展。其結構特點是梁體連續(xù)、梁墩固結，既保持了連續(xù)梁無伸縮縫、行車平順的優(yōu)點，又保持了T 型剛構不設支座、不需轉換體系的優(yōu)點。施工方便，且有很大的順橋向抗彎剛度和橫向抗扭剛度，能滿足特大跨徑橋梁的受力要求。[3，4]

1 橋梁概況

2 有限元模型

2.1 靜力模型

兩種橋型的靜力模型均用橋梁專用設計程序公路橋梁結構設計系統(tǒng)（GQJS）完成。連續(xù)剛構模型主梁劃分為32個單元，具體單元長度劃分根據(jù)截面腹板變化確定；橋墩單元劃分為5個單元，主梁中間節(jié)點和墩頂節(jié)點通過剛臂形成公共節(jié)點；墩底處支座設為固接，左、右跨支座設為滑動支座。連續(xù)梁模型主梁劃分為32個單元，單元長度劃分同剛構模型，左跨支座設為固定支座，中間及右跨支座設為滑動支座。活載計算采用公路I級。兩種橋型結構離散圖如圖2所示。

2.2 動力模型

3 計算結果對比分析

3.1 靜力特性對比分析

3.2 動力特性對比分析

連續(xù)剛構各階振型中以主梁反對稱振動為主的振型對應的頻率比連續(xù)梁相應振型對應的頻率稍大，這是因為連續(xù)剛構主梁反對稱振型中，墩的約束作用使得連續(xù)剛構剛度有所增加；而以主梁正對稱振動為主的振型對應的頻率比連續(xù)梁對應振型的頻率要小很多，這是因為連續(xù)剛構主梁正對稱振型中橋墩的彈性約束比連續(xù)梁中支點處固接約束為弱引起的[5]。圖3為連續(xù)剛構及連續(xù)梁的一階振型圖。

4 結論

通過對雙跨式連續(xù)剛構橋及連續(xù)梁的靜、動力特性計算、對比分析可以得出以下結論，供該類橋設計及方案比選參考。

4.1 在剛構橋橋墩柔度較小的情況下，雙跨式連續(xù)剛構橋主梁的靜力特性與連續(xù)梁橋類似，在設計時可以按連續(xù)梁橋進行設計。

4.2 連續(xù)剛構橋墩在設計時應避免由于橋墩剛度過大，使得橋墩承受較大內力。可見連續(xù)剛構橋橋墩，縱橋向剛度在滿足橋梁施工、運行穩(wěn)定性要求的前提下要盡量小。

4.3 雙跨式連續(xù)剛構橋自振周期大小與連續(xù)梁橋基本相同。兩種結構低階振型及頻率相差較小，而高階振動頻率差異較大。

參考文獻

[1]周軍生，樓莊鴻.大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].中國公路學報，2000，13（1）：31-38.

[2]楊高中，楊征宇，周軍生，等.連續(xù)剛構橋在我國的應用和發(fā)展[J].公路，1998，（7）：1-6.

[3]章耀林.連續(xù)梁橋懸臂澆注施工綜合問題研究[D].成都：西南交通大學，2010.

[4]李強.預應力混凝土連續(xù)剛構橋的發(fā)展及存在的問題[J].交通標準化，2009，206（10）：14-16.

[5]劉天培.將金山特大橋高墩大跨連續(xù)梁橋設計[J].橋梁建設，2011，33（5）：28-32.