高架橋異形寬箱梁空間結構研究

徐磊

摘要：高架橋容易被城市景觀建設以及擁擠的城市交通所影響，利用異形寬箱梁空間結構能夠有效地將這些影響降到最低。相較于普通的建筑結構，異形寬箱梁空間結構在受力特性上有著顯著的不同。由于我國城市人口眾多，交通擁擠，因此高架橋的發展與建設水平處于國際領先地位，但是高架橋異形寬箱梁空間結構的研究力度明顯不足。基于此，本文將結合工程實例對該空間結構進行研究。

關鍵詞：高架橋；異形寬箱梁；空間結構；研究

引言

為了將交通功能發揮到最大化，高架橋的橋梁寬度一般較大。但是隨著人類文明的進步，對公共設施的要求不僅體現在功能方面，還要求其具有文化性與舒適性。因此，對高架橋梁的景觀設計也逐漸重視起來。目前大部分的高架橋在設計橋梁橫斷面時都運用了曲線元素。異形寬箱梁空間結構比一般的結構更復雜，一些在普通結構分析中能夠應用的假定條件并不能同樣適用于異形寬箱梁空間結構。現階段我國的高架橋建設數量及規模都在不斷擴大，對異形寬箱梁空間結構在承載不同作用力的情況下的應力分布情況進行分析得出的結論能夠作為高架橋設計優化方案中重要的參考數據，對類似高架橋結構的其他設計也能提供幫助。

1.工程實例

本文中應用的實例為一座跨徑布置長達26+26M的立交橋，橋面寬度為17.35米至24.53米，在施工時應用了滿堂支架。主梁的高度為兩米，頂板高度為0.55米至0.51米，整體來看結構一般。

2.建立有限元模型

2.1梁格有限元模型。首先將整坐立交橋的整體空間模型建立起來，在每個節點應用多于六個的自由度，并且包含三個不同方向的線位移與轉角位移。因為有可能發生立交橋的梁剪切變形對剛度矩陣產生影響的情況，所以梁單元模型有389個節點與688個梁單元。

2.2板殼單元模型。與上文中提到的梁格模型相同，每個節點也是應用多于六個的自由度，并且包含三個不同方向的線位移與轉角位移。為了進一步提高箱梁計算的精確性，應該充分考慮到MIDAS之中箱梁的頂底板在剪切之中極有可能發生變形這一因素。與此同時，頂板、底板的劃分都應該以一米為基本單位。全部的板單元模型總共需要有兩千九百多個節點與三千三百多個板單元。

3.對計算結果進行對比分析

3.1荷載工況。當梁格與板單元模型所能承受的荷載作用與加載數量相等的時候，才能對這兩個模型的計算結果進行對比分析。因此在對比時務必考慮到這兩個結構受到不同結構的重力時會出現的情況，而且在計算活載時，荷載工況在取值時都應該將相關的公路橋規中對頂的車道荷載數值作為參考因素。在MIDAS之中，通常利用梁格法和板單元來計算模型，這樣得出的數值極易發生錯誤或者偏差。因此在分析撓度與應力時，一般利用不同的分析方式計算上文中的兩種模型，再對結果進行對比。

3.2分析結構。（1）在立交橋上沒有汽車通行時，在整體結構的自身重力作用下，對板單元進行建模可以得出橋梁結構具有的最大位移，當橋梁結構出現在第二個跨中時，能夠得到的實際位移值為5.23毫米。對梁格法進行建模能夠得出在受到結構自身重力作用的情況時的位移情況和數值情況大致相同，這兩種建模方式得出的結果差距不會大于3%。（2）在其上有汽車通過時，由于受到汽車的重力第一跨時所得出的結構受力情況發生了改變。對板單元進行建模得知在該情況下，第一跨跨中能夠獲得最大位移。數據結果表明，此時的最大位移為1.03毫米。利用梁格法建立模型能夠得出最大位移也是在第一跨的跨中，數值達到1.21毫米。（3）汽車通過時，在汽車的荷載作用下計算第二個跨跨中看到的受力情況。都板單元建立模型能夠得出該情況下結構能夠出現的最大位移，同樣出現在第二個跨跨中，得出的位移數值為0.96毫米。梁格法得出的最大位移數值同樣在第+跨跨中，同樣為0.96毫米，兩種誤差保持在4%左右。（4）汽車通過時，對板單元進行建模能夠得出第一、二個跨跨中時的受力，不論在板單元的建模還是梁格法的建模都能夠得知最大位移出現在第二個跨中，前者獲得的數值為0.64毫米，后者為0.67毫米。兩種方式所得出的數據的誤差與（3）中相同。（5）在受到偏載作用力時，梁肋1、2、3受力，第一與第+跨中的受力情況也能夠利用建立模型得知。對板單元建立模型能夠得知在此種情況下異形寬箱梁空間結構的最大位移在第二個跨中，得到的數據為0.54毫米。同樣地，利用梁格法時得出的結論也同樣是最大位移出現在第二跨中，數據為0.56毫米。兩種建模方式得出的數據差異在4%之內。（6）在受到偏載作用力時，梁肋4、5、6受力，第一與第二個跨中的受力情況同樣能夠利用建立模型得知。在此種情況下，兩種建模方式都能夠得出最大位移出現在第二跨跨中，數值分別為0.54毫米與0.56毫米，差異不差過4%。

4.結語

異形寬箱梁空間結構在橫截面的作用力分布上十分不對稱，特別是橫向懸臂上，針對正應力而言，懸臂的遠端低于內側。針對構造而言，上文對有效橫截面的問題進行了闡述，以平面桿為基點對其進行計算，得出的結果與實體分析更為接近。

異形寬箱梁空間結構為連續梁體系，其不同位置存在正、負剪力滯效應，將懸臂部分去除，設計中腹板間距仍然沿襲常規標準，所以剪力滯效應與普通的箱梁結構基本一致。但是，由于正、負剪力滯效應的存在，應將預應力的配束考慮在內。在橋梁設計階段，如果全部按照剪力滯的分布圖進行配束，橋梁構造會十分復雜，所以在全橫截面的范圍內都應該分布一定的預應力。