某立交變寬異形箱梁結(jié)構(gòu)分析

張 恩 辰

(合肥市市政設(shè)計院有限公司，安徽 合肥 230041)

某立交變寬異形箱梁結(jié)構(gòu)分析

張 恩 辰

(合肥市市政設(shè)計院有限公司，安徽 合肥 230041)

通過對某變寬異形箱梁橋進(jìn)行梁格法建模分析，介紹了梁格法在變寬異形箱梁橋中的應(yīng)用技術(shù)，計算結(jié)果表明：梁格法實用、簡便，借助計算機(jī)相關(guān)程序軟件，可更好地用于變寬異形箱梁橋設(shè)計。

變寬異形箱梁，梁格法，預(yù)應(yīng)力混凝土

0 引言

隨著我國交通事業(yè)的快速發(fā)展，大型復(fù)雜的互通立交和城市高架橋的日益增多，僅合肥市從2008年第一座金寨路高架橋竣工至今，已經(jīng)陸續(xù)建成高架橋10余座，還有很多目前正在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計階段，大批高架橋的修建，使得城市交通步入立體化時代。其中，在橋梁主線與匝道之間或者匝道與匝道之間常需要采用寬度變化或帶曲線的異形橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接[1]。因平面結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性，異形變寬箱形預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)更是首選。由于其構(gòu)造特點和內(nèi)力分布的不均勻性，特別是其結(jié)構(gòu)空間效應(yīng)顯著，因此在結(jié)構(gòu)受力分析上較常規(guī)的直線箱梁橋要復(fù)雜很多，選擇合適的方法進(jìn)行分析是保證工程質(zhì)量和控制造價的關(guān)鍵[2]。

梁格理論作為一種實用的計算方法，在工程界得到廣泛應(yīng)用，它具有基本概念清晰、計算費用低等特點，本文采用通用計算軟件MIDAS/Civil 2012對某實際工程進(jìn)行梁格法建模分析。

1 工程概況

某城市互通立交采用雙“Y”形立交，本次計算模型位于主線左半幅第33聯(lián)，跨徑組合為(30+31.216+30)m，結(jié)構(gòu)形式為預(yù)應(yīng)力混凝土變寬異形箱梁，梁高2.2 m。平面具體布置為：第一跨、第二跨為整體式變寬箱梁，主梁截面由單箱四室過渡為單箱五室，箱梁寬度由17.847 m變化至28 m；第三跨分離為主線和右出(轉(zhuǎn))匝道，箱梁寬度分別為主線13 m寬和匝道10 m寬，箱梁截面均為單箱二室截面。全橋的平面構(gòu)造見圖1。

2 建立模型

采用MIDAS/Civil 2012計算程序進(jìn)行空間計算，計算時采用空間剪力柔性梁格模擬實際結(jié)構(gòu)[3]。首先以腹板為單位劃分為5條縱向梁格，截面分割基于箱梁腹板中心線為基礎(chǔ)，采用腹板中心線之間距離的中點位置作為截面的劃分點，如圖2所示。劃分后的截面對其進(jìn)行截面特性值計算，修正截面剛度值和質(zhì)心位置，使各個劃分后的梁格截面與原截面的中心軸保持一致，便于結(jié)構(gòu)前后應(yīng)力計算的準(zhǔn)確[4,5]。

根據(jù)上述方法，確定結(jié)構(gòu)的縱向梁格體系，并在懸臂端部設(shè)置虛擬梁。結(jié)構(gòu)的橫向體系則由實體橫梁、跨中橫隔板以及虛擬橫梁組成，以上縱橫向體系組成了該結(jié)構(gòu)的空間梁格體系。其中所有虛擬梁均不參與受力，僅起傳遞荷載的作用，采用“工”字形截面，腹板寬度取值為0.001 m，從而實現(xiàn)其自重基本為0，剛度較小的理論前提。劃分單元時，綜合考慮了腹板、頂、底板變厚以及計算精度等要求，將縱梁單元在橫梁、截面變化處等關(guān)鍵部位進(jìn)行劃分，且在支座和橫梁處加密了網(wǎng)格[6-8]。根據(jù)以上的梁格劃分原則，全橋共劃分505個節(jié)點，878個單元，計算模型如圖3,圖4所示。

預(yù)應(yīng)力的布置由于縱梁1～縱梁5(腹板A～腹板D)在三跨內(nèi)的長度基本一致，因此在各個腹板配置的預(yù)應(yīng)力鋼束數(shù)量和束形一致，均采用10根15-15預(yù)應(yīng)力通長鋼束，兩端錨固于梁端處，布置三排；縱梁6(腹板C′)腹板鋼束采用2根15-15預(yù)應(yīng)力短鋼束，一端錨固于梁端，另一端采用P錨錨固于橫梁處，布置三排，鋼束平面如圖5所示。

3 計算結(jié)果

本橋施工按現(xiàn)澆滿堂支架考慮，共劃分3個施工階段：第1階段一次成橋，澆筑箱梁混凝土，張拉預(yù)應(yīng)力體系，持續(xù)時間30 d；第2階段施加二期恒載，施工橋面系等，持續(xù)時間10 d；第三階段為10年收縮徐變，持續(xù)時間3 650 d；荷載基本工況為：結(jié)構(gòu)自重、二期恒載、汽車荷載、溫度荷載、溫度梯度、收縮徐變、支座沉降等，計算得到此梁格模型的各縱梁的內(nèi)力[9,10]。

1)根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》要求，對持久狀況承載能力極限狀態(tài)抗彎強(qiáng)度進(jìn)行計算分析，如表1所示。

表1 持久狀況承載能力極限狀態(tài)抗彎強(qiáng)度表 kN·m

2)正常使用極限狀態(tài)長、短期效應(yīng)組合的拉應(yīng)力見表2。

表2 正常使用極限狀態(tài)長期、短期效應(yīng)組合的拉應(yīng)力 MPa

3)支撐反力見表3。

表3 支撐反力匯總表 kN

從計算結(jié)果可以得出：

1)按照J(rèn)TG D62—2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范第5.1.5條驗算，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)×作用效應(yīng)的組合設(shè)計最大值均不大于構(gòu)件承載力設(shè)計值，滿足規(guī)范要求。

2)按照J(rèn)TG D62—2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范第6.3.1-1條驗算:短期效應(yīng)組合σst-σpc≤0.7ftk=1.85 MPa，滿足規(guī)范要求。長期效應(yīng)組合σ1t-σpc≤0，滿足規(guī)范要求。

3)邊梁(縱梁1、縱梁5)相對于中梁(縱梁2～縱梁4)來看，邊梁的應(yīng)力大于中梁，安全富余度中梁較大。說明腹板受力的不均勻性。

4)由于結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性，橋面在活載的布置和結(jié)構(gòu)自重上差異性較大，因此各墩柱處支點反力差別較大。

4 結(jié)語

1)對于異形變寬的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，因為各根縱梁的受力差異性較大(腹板受力的不均勻性)，模型計算時不能按單梁考慮，應(yīng)盡量采用空間模型進(jìn)行計算(梁格法)。

2)梁格法計算輸出結(jié)果均為各截面內(nèi)力，與現(xiàn)行規(guī)范按照內(nèi)力配筋的方式相匹配，根據(jù)內(nèi)力計算結(jié)果可以進(jìn)行經(jīng)濟(jì)合理的配筋和設(shè)計。同時對于某些超寬箱梁段，可以通過局部增加腹板，設(shè)置短束預(yù)應(yīng)力筋改善箱梁受力。如本次計算時劃分的縱梁6。

3)異形變寬處，往往橫梁寬度較大，同時變寬處應(yīng)受地面道路系統(tǒng)影響，墩柱布置條件較為苛刻，經(jīng)常需要配置大懸臂或外伸式門式剛架橫梁，梁格法上部分析時，可以準(zhǔn)確得到各橫梁的受力情況，為支座及下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供更為準(zhǔn)確的設(shè)計反力。

4)通過本文工程實例，梁格法簡便、實用，特別是借助計算機(jī)相關(guān)程序軟件，可以很好的用于變寬異形箱梁橋的設(shè)計。

[1] 黃劍愿，謝 旭.城市高架橋的結(jié)構(gòu)理論與計算方法[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

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[9] JTG D60—2004，公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].

[10] JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

Analysis of wide box beam of interchange of variable structure

Zhang Enchen

(HefeiMunicipalDesignInstituteCo.,Ltd,Hefei230041,China)

According to the framework establishment analysis of some wide box beam of variable structure interchange, the paper introduces the application technique of beam grid method in the wide box beam of variable interchange, proves by the calculation result that the beam grid is practical and convenient and it can be bitterly adopted in the design of the wide box beam of interchange of variable structure by using related computer program and software.

wide box beam of interchange of variable structure, beam grid method, prestressed concrete

2015-02-28

張恩辰(1983- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)13-0172-02

U441

A