趙啟華

(四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610017)

雙索面矮塔斜拉橋，主梁截面一般采用單箱雙室形式，索梁錨固區(qū)設(shè)置在箱型主梁端面兩側(cè)的懸臂端部，巨大的索力由錨固區(qū)傳至箱梁梁體，使得該區(qū)域應(yīng)力分布十分復(fù)雜。通常需要設(shè)置橫隔板改善該區(qū)域應(yīng)力狀況，輔助索力傳遞。常規(guī)設(shè)計(jì)的箱梁橫隔板往往在橫截面上填充整個(gè)箱室，或者填充箱室內(nèi)側(cè)邊緣在中間留出空心區(qū)域，這兩種橫隔板構(gòu)造自重較大，對(duì)主梁結(jié)構(gòu)不利。

本文以黃龍帶矮塔斜拉橋?yàn)楣こ虒?shí)例，擬定實(shí)心橫隔板、空心橫隔板和半橫隔板三種結(jié)構(gòu)型式為研究對(duì)象，建立局部實(shí)體有限元模型，分析了斜拉索力作用下對(duì)箱梁底板受力影響，為雙索面斜拉橋拉索處橫隔板構(gòu)造設(shè)計(jì)提供參考。

1 主梁斷面及橫隔板構(gòu)造型式

黃龍帶矮塔斜拉橋立面布置圖如圖1所示?？鐝?108+208+108) m，橋?qū)?×21.5 m；上部結(jié)構(gòu)采用左右分修單箱雙室混凝土箱形梁，跨中梁高3.8 m，根部梁高6.0 m，翼板懸臂4 m；三柱分離式索塔，斜拉索扇形布置，設(shè)C1(首索)～C9(尾索)共9對(duì)索，索距8 m，在分修箱梁的翼板懸臂端錨固，斜拉索錨固于縱橫格梁的節(jié)點(diǎn)處。

圖1 黃龍帶矮塔斜拉橋立面布置(單位：m)

擬定三種橫隔板形式，分別為全實(shí)心橫隔板，空心橫隔板和半橫隔板，見(jiàn)圖2～圖4，橫隔板厚度均60 cm。

圖2 全橫隔板構(gòu)造示意

圖3 空心橫隔板構(gòu)造示意

圖4 半橫隔板構(gòu)造示意

2 三種不同橫隔板對(duì)箱梁底板受力分析

2.1 有限元模型

選取首索(C1索)和尾索(C9索)位置梁段為研究區(qū)域，利用有限元分析軟件FEA構(gòu)建拉索處前后共4個(gè)節(jié)段三維實(shí)體模型，考察橫隔板位置箱梁底板橫向正應(yīng)力。建立C1索和C9索處三種不同橫隔板的箱梁實(shí)體有限元模型，分別命名為M1-實(shí)、M1-空、M1-半和M2-實(shí)、M2-空、M2-半。

選取典型位置梁段作為研究分析對(duì)象，利用有限元分析軟件FEA構(gòu)建三維實(shí)體模型，為提高模型的計(jì)算精度，劃分六面體單元進(jìn)行計(jì)算。模型對(duì)錨墊板、倒角等細(xì)節(jié)進(jìn)行了模擬，以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。模型如圖5所示。

圖5 有限元模型

2.2 箱梁底板橫向應(yīng)力結(jié)果分析

2.2.1 首索(C1索)位置三個(gè)模型計(jì)算結(jié)果分析

為比較不同橫隔板構(gòu)造的箱梁橫向正應(yīng)力，提取首索位置三個(gè)模型橫隔板處橫向正應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，如圖6所示。

為了更直觀地對(duì)各模型底板橫向正應(yīng)力進(jìn)行比較，提取底板橫向應(yīng)力線圖6計(jì)算結(jié)果并匯總整理可得圖7。

圖6 首索(C1索)模型橫隔板處橫向應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

底板最大橫向拉應(yīng)力可以反映底板在橫橋向上的安全性能，對(duì)比各模型底板最大橫向拉應(yīng)力可以討論各種形式橫隔板對(duì)底板安全性能的影響。底板最大橫向拉應(yīng)力列于表1。

綜合分析比較圖7及表1可以看出：

表1 首索(C1索)模型底板最大橫向拉應(yīng)力 MPa

圖7 首索(C1索)模型底板應(yīng)力匯總

(1)M1-實(shí)模型和M1-半模型最大橫向拉應(yīng)力分別為1.28 MPa和2.25 MPa，M1-半模型比M1-實(shí)模型底板橫向拉應(yīng)力僅大0.98 MPa,說(shuō)明設(shè)置半橫隔板的箱梁底板安全性能較全橫隔板構(gòu)造弱，但是區(qū)別并不明顯，可以通過(guò)適當(dāng)增加底板配筋保證結(jié)構(gòu)安全。

(2)M1-空模型和M1-半模型最大橫向拉應(yīng)力分別為2.26 MPa和2.25 MPa，兩個(gè)模型底板橫向拉應(yīng)力狀況并無(wú)明顯差異，半橫隔板構(gòu)造節(jié)約更多混凝土，減輕結(jié)構(gòu)自重。

(3)由于半橫隔板構(gòu)造沒(méi)有對(duì)底板進(jìn)行加勁，中腹板兩側(cè)存在剛度突變，導(dǎo)致該區(qū)域底板橫向正應(yīng)力產(chǎn)生一定的突變。但是突變幅度并不明顯，為0.4 MPa，并不影響結(jié)構(gòu)安全性能。

2.2.2 尾索(C9索)位置三個(gè)模型計(jì)算結(jié)果分析

為比較不同橫隔板構(gòu)造的箱梁橫向正應(yīng)力，提取尾索位置三個(gè)模型橫隔板處橫向正應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，如圖8所示。

圖8 尾索(C9索)模型橫隔板處橫向應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

為了更直觀地對(duì)各模型底板橫向正應(yīng)力進(jìn)行比較，提取底板橫向應(yīng)力線上圖計(jì)算結(jié)果并匯總整理可得圖9。

圖9 尾索(C9索)模型底板應(yīng)力匯總

底板最大橫向拉應(yīng)力可以反映底板在橫橋向上的安全性能，對(duì)比各模型底板最大橫向拉應(yīng)力可以討論各種形式橫隔板對(duì)底板安全性能的影響。底板最大橫向拉應(yīng)力列于表2。

綜合分析比較圖9及表2可以看出：

表2 尾索(C9索)模型底板最大橫向拉應(yīng)力 MPa

(1)M2-實(shí)模型和M2-半模型最大橫向拉應(yīng)力分別為1.34 MPa和1.73 MPa，M2-半模型比M2-實(shí)模型底板橫向拉應(yīng)力僅大0.39 MPa,說(shuō)明設(shè)置半橫隔板的箱梁底板安全性能較全橫隔板構(gòu)造弱，但是區(qū)別并不明顯，可以通過(guò)適當(dāng)增加底板配筋保證結(jié)構(gòu)安全；

(2)M2-空模型和M2-半模型最大橫向拉應(yīng)力分別為2.26 MPa和2.25 MPa，兩個(gè)模型底板橫向拉應(yīng)力狀況并無(wú)太大差異，半橫隔板構(gòu)造節(jié)約更多混凝土，減輕結(jié)構(gòu)自重；

(3)由于半橫隔板構(gòu)造沒(méi)有對(duì)底板進(jìn)行加勁，中腹板兩側(cè)存在剛度突變，導(dǎo)致該區(qū)域底板橫向正應(yīng)力產(chǎn)生一定的突變。突變幅度為0.9 MPa。尾索區(qū)域底板更薄，導(dǎo)致變化值比首索區(qū)域的稍大，但是仍然不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)安全性能產(chǎn)生較大影響。

3 結(jié)論

本文選取了首索(C1索)和尾索(C9索)兩個(gè)研究區(qū)域分別構(gòu)建了三種橫隔板構(gòu)造箱梁的實(shí)體有限元模型，對(duì)比分析了實(shí)心橫隔板、空心橫隔板和半橫隔板對(duì)箱梁底板受力的影響，結(jié)論如下：

(1)設(shè)置半橫隔板的箱梁底板安全性能較全橫隔板弱，但是區(qū)別并不十分顯著。采用半橫隔板構(gòu)造可以明顯減少混凝土的使用量，同時(shí)通過(guò)適當(dāng)增加底板配筋保證結(jié)構(gòu)安全。

(2)設(shè)置半橫隔板的箱梁和設(shè)置空心橫隔板的箱梁底板橫向應(yīng)力水平十分接近，可以認(rèn)為安全性能相似。同時(shí)半橫隔板構(gòu)造明顯減少了混凝土的使用量，減輕結(jié)構(gòu)自重，是更加經(jīng)濟(jì)合理的選擇。

(3)由于半橫隔板構(gòu)造沒(méi)有對(duì)底板進(jìn)行加勁，中腹板兩側(cè)存在剛度突變，導(dǎo)致該區(qū)域底板橫向正應(yīng)力產(chǎn)生一定的突變，但是變化值并不明顯，并不影響結(jié)構(gòu)安全性能。