羅玉嬌

摘 要：隨著我國經(jīng)濟快速平穩(wěn)的發(fā)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(shè)進程的不斷加快，對橋梁建設(shè)提出了更為嚴(yán)苛的要求。此次以某連續(xù)變寬箱形橋梁為例，基于梁格以及單梁模型的構(gòu)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(guān)鍵詞：工程設(shè)計；橋梁；變寬箱形；計算精度

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

0 引言

近年我國經(jīng)濟快速發(fā)展，城市化建設(shè)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(yán)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(guī)劃設(shè)計、結(jié)構(gòu)安全設(shè)計、行車安全性及舒適性等目的，對現(xiàn)代化高架橋的建設(shè)設(shè)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(xiàn)場實際地形、交通環(huán)境以及城市景觀等因素影響，變寬箱形梁橋隨之應(yīng)運而生。連續(xù)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(shè)置為32+42+30米，設(shè)計梁高為2米，主橋斷面主要以單箱四室箱形截面，設(shè)計三道豎直腹板，兩道斜腹板，設(shè)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(guī)格隨著橋面寬度的變化而改變。箱梁頂板厚度設(shè)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(shè)置橫隔板，而只是在橋墩位置設(shè)計了支座橫梁。設(shè)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(shè)計為C50，預(yù)應(yīng)力管道以PE塑料波紋管為主，鋼絞線抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值為1860兆帕，單根鋼絞線設(shè)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(xù)變寬箱形橋梁選擇有限元軟件構(gòu)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(xiàn)對上部結(jié)構(gòu)的模擬分析。橫梁部分以頂?shù)装搴穸冗M行過渡處理，掏空后基于單元負(fù)載方式對重量進行補充。上部結(jié)構(gòu)材料以C50混凝土為主，其物理特性等滿足設(shè)計要求，收縮以及徐變均效應(yīng)程序自動加載。采用實際的荷載位置模擬負(fù)載的加載，于橋面均勻設(shè)置荷載，依據(jù)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。縱梁格于頂?shù)装宓闹行奈恢脛澐珠_，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(qū)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?shù)装宓群穸攘焊竦冉M成?？v梁格于橫梁區(qū)域依據(jù)頂?shù)装搴穸冗^度，待掏空后依據(jù)單元負(fù)荷對其重量進行彌補。上部結(jié)構(gòu)材料以C50混凝土為主，其物理特性等滿足設(shè)計要求，收縮以及徐變均效應(yīng)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(shè)置荷載，依據(jù)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(cè)的邊跨跨中、中跨跨中、右中支點、右側(cè)的邊跨跨中截面的正面應(yīng)力結(jié)果進行對比分析。詳細(xì)數(shù)據(jù)如表1所示。

由表1數(shù)據(jù)可知，基于梁格模型所計算得到的各個腹板的應(yīng)力和與其相對應(yīng)的單梁模型結(jié)果較為接近，在跨中梁格模型分析計算的腹板應(yīng)力和單梁應(yīng)力差距基本控制在8%以內(nèi)，而在支點處單梁模型的結(jié)果則相差相對較大，這也恰好論證了梁格模型橫向效應(yīng)的影響，計算結(jié)果通常不利。梁格計算的平均應(yīng)力和單梁模型的誤差基本控制在3.5%以內(nèi)，梁格模型的應(yīng)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(yīng)力和單梁應(yīng)力結(jié)果相較于左側(cè)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(yīng)力對比分析

依據(jù)文件JTG D62-2012相關(guān)規(guī)定，此次主要考量正截面最大應(yīng)力有壓儲備在短期效應(yīng)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(jié)果進行比對分析。詳細(xì)數(shù)據(jù)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(gòu)件其正截面最大拉應(yīng)力為-0.9兆帕，有壓應(yīng)力儲備；梁格模型構(gòu)件正截面最大拉應(yīng)力為0兆帕，沒有產(chǎn)生拉應(yīng)力，均低于規(guī)范所規(guī)定的1.39兆帕，符合相關(guān)規(guī)范要求；此外，單梁模型短期效應(yīng)組合下截面未出現(xiàn)拉應(yīng)力，符合相關(guān)規(guī)范要求；梁格模型短期效應(yīng)組合下載面積最大拉應(yīng)力1.2兆帕，低于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，符合規(guī)范要求；基于持久的情況下，單梁模型與梁格模型的構(gòu)件正截面最大壓應(yīng)力均符合相關(guān)規(guī)定要求。

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

4 結(jié)語

在此次連續(xù)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(yīng)力和與之相對應(yīng)的單梁計算結(jié)果基本類似。此外，基于梁格模型的應(yīng)力變化趨勢與單梁模型應(yīng)力變化趨勢基本一致，在右跨計算中兩種模型的分析結(jié)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(jié)果的精度越為難以令人滿意。針對兩組模型在長期效應(yīng)組合、短期效應(yīng)組合以及標(biāo)準(zhǔn)組合和施工階段的應(yīng)力情況，梁格模型縱向計算綜合考量了橫向效應(yīng)可能存在的影響，實際所得到的結(jié)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(jié)果基本接近。故當(dāng)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(shè)計分析中。未來隨著城市建設(shè)速度的加快及建設(shè)水平的提升，對于橋梁設(shè)計分析的科學(xué)性以及合理性要求將越為嚴(yán)苛，而基于單梁模型的分析方式可以較為快速準(zhǔn)確的得到分析結(jié)果，為工程前期方案設(shè)計提供參考，具有較好的應(yīng)用前景。

參考文獻

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

[2]陳健.連續(xù)變寬箱形橋梁計算精度分析[J].城市建筑，2015（27）：241-242.