連續變寬箱形橋梁計算精度探究

羅玉嬌

摘 要：隨著我國經濟快速平穩的發展，人們收入水平極大提高，對車輛的消費需求也不斷擴大。此外城市化建設進程的不斷加快，對橋梁建設提出了更為嚴苛的要求。此次以某連續變寬箱形橋梁為例，基于梁格以及單梁模型的構建，對兩種模型的差別以及精度進行研究分析，并在基于一定的富裕度考慮后，將變寬箱梁縱向簡化為單梁模型進行分析。

關鍵詞：工程設計；橋梁；變寬箱形；計算精度

中圖分類號：U442 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）24-0088-02

0 引言

近年我國經濟快速發展，城市化建設進程也得到了明顯提高，人均車輛保有量較往年明顯增多，城市交通問題日益嚴重。高架立交橋是緩解城市交通壓力的重要措施之一，為了城市資源的充分利用，達到合理的城市交通規劃設計、結構安全設計、行車安全性及舒適性等目的，對現代化高架橋的建設設計提出了更高的要求。高架橋由于交通組織需要局部逐漸變寬時，受現場實際地形、交通環境以及城市景觀等因素影響，變寬箱形梁橋隨之應運而生。連續變寬箱形梁橋同時具有寬箱梁橋以及異形梁橋的特點。

1 工程介紹

此次以某城市高架橋為例，其跨度設置為32+42+30米，設計梁高為2米，主橋斷面主要以單箱四室箱形截面，設計三道豎直腹板，兩道斜腹板，設計箱梁頂板寬度從22.212米漸變至27.7米，寬跨比約為0.6。箱室規格隨著橋面寬度的變化而改變。箱梁頂板厚度設計為22厘米，底板厚度則控制為22-40厘米，腹板厚度為45-70厘米。在橋梁的跨間未設置橫隔板，而只是在橋墩位置設計了支座橫梁。設計邊墩的橫梁厚度為1米，中墩橫梁控制為2米，橋墩位置橫向布置三個支座?；炷翉姸鹊燃壴O計為C50，預應力管道以PE塑料波紋管為主，鋼絞線抗拉強度標準值為1860兆帕，單根鋼絞線設計直徑為15.2毫米。公路-I級，雙向六車道，整座橋選用一次落架，十年收縮徐變。

2 基于有限元建模分析

此次就該連續變寬箱形橋梁選擇有限元軟件構建了單梁模型以及梁格模型，并對兩個模型進行對比分析。

2.1 單梁模型分析

該橋單梁模型共有120個模塊以及1157個支點。其中80個模塊以及81個支點為主梁所用，基于截面偏心以及變截面的方式實現對上部結構的模擬分析。橫梁部分以頂底板厚度進行過渡處理，掏空后基于單元負載方式對重量進行補充。上部結構材料以C50混凝土為主，其物理特性等滿足設計要求，收縮以及徐變均效應程序自動加載。采用實際的荷載位置模擬負載的加載，于橋面均勻設置荷載，依據其荷載斷面重心位置偏心加載于整個單梁模型上。

2.2 梁格模型

整座梁格模型橋梁總計1150個模塊以及745個支點，其中1110個模塊以及669個支點用于主梁上?？v梁格于頂底板的中心位置劃分開，而橫梁格則于截面變化位置分開。其中縱梁格5條，每個梁格均包括68個模塊，中縱梁處于橫斷面的中腹板區域，邊縱梁處于斜腹板的上方，橫梁格63條，共計770個單元。包括橫梁實腹梁格、支點周邊縱向加密梁格、頂底板等厚度梁格等組成?？v梁格于橫梁區域依據頂底板厚度過度，待掏空后依據單元負荷對其重量進行彌補。上部結構材料以C50混凝土為主，其物理特性等滿足設計要求，收縮以及徐變均效應程序自動加載。荷載加載通常采用荷載位置模擬的原則，于橋面均勻設置荷載，依據其荷載斷面重心位置偏心加載于整個模型上。

3 對比分析

3.1 精度對比分析

在恒載，即自重以及二期等共同影響下，針對該橋梁的梁格模型以及單梁模型的的左中支點、左側的邊跨跨中、中跨跨中、右中支點、右側的邊跨跨中截面的正面應力結果進行對比分析。詳細數據如表1所示。

由表1數據可知，基于梁格模型所計算得到的各個腹板的應力和與其相對應的單梁模型結果較為接近，在跨中梁格模型分析計算的腹板應力和單梁應力差距基本控制在8%以內，而在支點處單梁模型的結果則相差相對較大，這也恰好論證了梁格模型橫向效應的影響，計算結果通常不利。梁格計算的平均應力和單梁模型的誤差基本控制在3.5%以內，梁格模型的應力變化總的情況和單梁基本類似。此外，右邊跨中、右邊支點梁格應力和單梁應力結果相較于左側跨跨中更為精確，很好的論證了寬跨比對于單梁模型計算精度方面的影響。

3.2 應力對比分析

依據文件JTG D62-2012相關規定，此次主要考量正截面最大應力有壓儲備在短期效應情況下的分析，并將其作為單梁模型的富裕量，和兩個模型結果進行比對分析。詳細數據如表2所示。

由表2可知，在施工階段，基于短暫情況下單梁模型構件其正截面最大拉應力為-0.9兆帕，有壓應力儲備；梁格模型構件正截面最大拉應力為0兆帕，沒有產生拉應力，均低于規范所規定的1.39兆帕，符合相關規范要求；此外，單梁模型短期效應組合下截面未出現拉應力，符合相關規范要求；梁格模型短期效應組合下載面積最大拉應力1.2兆帕，低于相關標準規定，符合規范要求；基于持久的情況下，單梁模型與梁格模型的構件正截面最大壓應力均符合相關規定要求。

此外由表2中可以看出，單梁模型在長期效應的情況下，截面未出現拉應力，滿足相關規定要求；梁格模型短期效應組合下截面最大拉應力為0.6兆帕，只在其局部的拉應力出現超出規定范圍的情況。單梁模型可以實現在短期效應組合的情況下，正截面的最大正面應力未出現拉應力以及壓應力有富裕量，基于上述兩種模型的應力分析結果和相關設計規范要求進行比對，不考慮長期效應組合下梁格模型的計算應力在右中支點處存在拉應力，在其它形式的荷載組合下均滿足規范規定的要求。因此在恰當、科學合理的安全儲備前提下，單梁模型的分析方法在前期設計階段具有一定的應用價值。

4 結語

在此次連續變寬箱梁橋的案例分析中，基于單梁模型以及梁格模型進分析方法行了對比研究，梁格模型各個腹板的應力和與之相對應的單梁計算結果基本類似。此外，基于梁格模型的應力變化趨勢與單梁模型應力變化趨勢基本一致，在右跨計算中兩種模型的分析結果誤差相對較大，從而很好的論證了寬跨比越大對于單梁模型精度的影響越為不利，即其分析所得結果的精度越為難以令人滿意。針對兩組模型在長期效應組合、短期效應組合以及標準組合和施工階段的應力情況，梁格模型縱向計算綜合考量了橫向效應可能存在的影響，實際所得到的結果普遍較為不利，但就宏觀角度分析，梁格模型以及單梁模型之間的結果基本接近。故當單梁模型在基于一定安全儲備考量的前提下，可以將變寬箱梁縱向簡化為單梁模型進行進一步的計算分析，并可有效適用于工程前期設計分析中。未來隨著城市建設速度的加快及建設水平的提升，對于橋梁設計分析的科學性以及合理性要求將越為嚴苛，而基于單梁模型的分析方式可以較為快速準確的得到分析結果，為工程前期方案設計提供參考，具有較好的應用前景。

參考文獻

[1]何士芳.連續變寬城市高架橋單梁模型與梁格模型計算結果對比分析[J].交通世界，2016（14）：44-45.

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