連續(xù)剛構(gòu)0號塊局部應(yīng)力分析

【中圖分類號】 U441 + .5

0 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋，其0號塊為墩梁固結(jié)的特殊結(jié)構(gòu)形式、邊界條件復(fù)雜，應(yīng)力是復(fù)雜的三維應(yīng)力狀態(tài)[1]。目前，連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計非常成熟，建立全橋的空間桿系模型，可以查看橋梁結(jié)構(gòu)任意節(jié)點位移和應(yīng)力；其0號塊受力較大部位，采用加大配筋率提高安全系數(shù)。但由于0號塊構(gòu)造復(fù)雜，施工中受力較大，造成應(yīng)力分布復(fù)雜，不能僅簡單采用梁單元來分析0號塊的結(jié)構(gòu)受力，需要建立實體模型，精細化進行其局部應(yīng)力分析，以明確局部受力薄弱部位。本文以四川省宜賓市大溪口至南廣立交交通改造及景觀工程中主線橋為工程實例，分析0號塊在成橋運營狀態(tài)下的空間應(yīng)力狀態(tài)。

宜賓市大溪口至南廣立交交通改造及景觀工程是響應(yīng)宜賓市“2365”發(fā)展戰(zhàn)略，是宜賓市“東進西拓”戰(zhàn)略實施的基礎(chǔ)條件，將為宜賓市實現(xiàn)在“川南城鎮(zhèn)群率先崛起，先于全省全面建成小康社會”的兩大目標(biāo)提供強有力的支撐，由宜賓三江口向東延伸的濱江景觀大道，串聯(lián)各城市發(fā)展片區(qū)，為城市東進提供交通聯(lián)系上的保障，為宜賓市重點工程。主線橋跨越南廣河，橋梁全長 604m ，橋梁面積 15806m² ，跨越南廣河處由于地形及進出匝道影響采用（ 35+80+35 ） m 連續(xù)剛結(jié)構(gòu)形式。整幅箱梁為單箱雙室結(jié)構(gòu)，箱梁頂板寬24.5m ，厚 0.32m ，設(shè) 1.5% 的雙向橫坡；底板寬 16.5m ，橫橋向底板保持水平；根部梁高 5.0m ，高跨比為 1/16 ，跨中梁高2.4m ，高跨比為 1/33.33 ，跨中根部梁高之比為 1/2.08 ，底板按1.8次拋物線變化。節(jié)段劃分邊跨為（單懸臂狀態(tài)）（ 10/2+ 4×3.0+3×3.5+2.0/2 ） m （合龍段）；中跨為（單懸臂狀態(tài)） （10/2+4×3.0+4×3.5+2×4+2.0/2 ） m （合龍段）。腹板變化為 55～80cm （中跨），0號塊處為 110cm ，底板變化為 32～80cm ，頂板為 32cm，0 號塊處為 50cm 。箱梁采用C50混凝土，橋墩墩身采用C40混凝土，縱向預(yù)應(yīng)力采用17?^s15.2 和 19?^s15.2 鋼絞線，張拉控制應(yīng)力為1376.4MPa 。0號塊構(gòu)造如圖1。

1 結(jié)構(gòu)空間受力分析

橋梁結(jié)構(gòu)受力分析計算一般采用二維桿系或三維桿系

【文獻標(biāo)志碼】 A

圖10號塊剖面（單位：cm）

單元分析，如果需要高精度計算結(jié)果須采用仿真計算模型[2]。橋梁結(jié)構(gòu)仿真分析課采用空間梁單元模型、板單元模型和實體單元模型；如能準(zhǔn)確模擬橋梁結(jié)構(gòu)邊界條件和活載工況實體單元模型無疑是最精確的，但建立全橋?qū)嶓w單元模型存在建模繁瑣、單元節(jié)點多、移動活載工況單一、計算慢、無法直接提取內(nèi)力等缺點；所以針對結(jié)構(gòu)分析所需結(jié)果和精度，應(yīng)合理選擇建模方法，為了減少分析工作量可采用局部實體分析。為準(zhǔn)確了解連續(xù)剛構(gòu)橋成橋后運營狀態(tài)受力情況，對連續(xù)剛構(gòu)橋0號塊采用實體單元建模方法，所加的截面邊界條件和內(nèi)力組合是根據(jù)桿系梁單元建模方法得出的。

1.1橋梁結(jié)構(gòu)整體分析模型

采用有限元軟件Midas-Civil對大橋進行整體分析，主梁和橋墩結(jié)構(gòu)采用梁單元模擬，樁基采用節(jié)點彈性支撐模擬樁土作用，支座采用彈性連接模擬，鋪裝層和防撞墻通過均布荷載來實現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力通過軟件自帶的預(yù)應(yīng)力荷載模塊模擬，張拉控制應(yīng)力為 1376.4MPa 和 1302MPa 。全橋通過單元離散，共劃分401個單元、442個節(jié)點。

1.20號塊結(jié)構(gòu)細部分析模型

本文采用Midas-FEA軟件對0號塊進行仿真模擬，在進行局部結(jié)構(gòu)分析時，為了避免邊界條件和集中力對關(guān)注區(qū)域的影響造成應(yīng)力失真，根據(jù)圣維南原理，梁段長度應(yīng)包含1號、2號梁段，其梁段長度約為梁高的2倍；橋墩和承臺整個結(jié)構(gòu)，樁基僅模擬 lm 長，樁底直接固結(jié)，三向預(yù)應(yīng)力鋼束采用一維植入式鋼筋單元。模型圖和三向鋼束布置見圖2、圖3。考慮各種荷載效應(yīng)組合后，通過整體分析模型的內(nèi)力結(jié)果可以得到局部分析模型最不利荷載工況下2號梁段側(cè)內(nèi)力組合，其內(nèi)力結(jié)果如表1。

圖20號塊實體模型

圖30號塊三向預(yù)應(yīng)力鋼束布置

表1細部模型邊界荷載

1.30號塊結(jié)構(gòu)細部分析結(jié)果

1.3.1 縱向正應(yīng)力

頻遇組合下，腹板、頂板、底板均受壓，無拉應(yīng)力產(chǎn)生，滿足全應(yīng)力結(jié)構(gòu)要求。腹板頂緣最小壓應(yīng)力 -3.8MPa ，腹板底緣最小壓應(yīng)力 -3.1MPa ，均位于中腹板，詳細結(jié)果見圖4。隔板最大拉應(yīng)力 0.9MPa，0～0.9MPa 拉應(yīng)力占 5.2% 范圍，拉應(yīng)力范圍見圖5。

圖40號塊縱向應(yīng)力剖面（單位： MPa ）

圖50號塊隔板縱向拉應(yīng)力范圍（單位： MPa ）

1.3.2 橫向正應(yīng)力

頻遇組合下，頂板無拉應(yīng)力產(chǎn)生，頂緣最小壓應(yīng)力 -0.3 MPa ，位于中腹板處；底緣最大拉應(yīng)力 0.6MPa ，位于邊腹板處，詳細結(jié)果見圖6。結(jié)果滿足A類預(yù)應(yīng)力要求。

圖60號塊橫向應(yīng)力剖面（單位： MPa ）

1.3.3 主拉應(yīng)力

頻遇組合下，最大主拉應(yīng)力 3.11MPa ，按現(xiàn)澆全應(yīng)力構(gòu)件最大主拉應(yīng)力應(yīng)小于 1.06MPa ，從圖7可見有 1.1% 區(qū)域主拉應(yīng)力超過規(guī)范要求，所占比例較小，超標(biāo)范圍絕大部分位于 ，小于C50抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值 2.65MPa ，可認為結(jié)果滿足要求。

圖70號塊主拉應(yīng)力超標(biāo)范圍（單位： MPa ）

1.3.4 主壓應(yīng)力

標(biāo)準(zhǔn)組合下，最大主壓應(yīng)力 -17.93MPalt;19.44MPa 最大主壓應(yīng)力出現(xiàn)在縱向鋼束錨固點區(qū)域，結(jié)果滿足全應(yīng)力構(gòu)件要求，應(yīng)力云圖見圖8。

2 結(jié)論

通過以上分析，本橋0號塊腹板、頂板、底板滿足規(guī)范要求。橫隔板位置處應(yīng)力較大，是結(jié)構(gòu)受力相對較薄弱部位，橫隔板靠近邊腹板下緣表面主拉應(yīng)力易超標(biāo)，分析主要原因是橋墩橫向未與底板同寬（受橋下凈空控制），橫隔板有可能出現(xiàn)開裂，該位置需要加強配筋，以保證橋梁的安全性和耐久性。

0號塊為連續(xù)剛構(gòu)橋的關(guān)鍵受力部位，構(gòu)造復(fù)雜，易出現(xiàn)應(yīng)力集中，在施工時務(wù)必保證腹板、頂、底板和橫隔板尺寸正確，縱橫、橫向和豎向預(yù)應(yīng)力鋼束定位準(zhǔn)確。

參考文獻

[1] 趙珺，宋松林.連續(xù)梁橋的零號塊應(yīng)力分析[J].橋隧機械和施工技術(shù)，2009（2）：70-72.

[2] 李琪勇.南水北調(diào)大橋0號塊局部應(yīng)力分析[J].科技傳播，2011（3）：73-74.