摘要 文章對管翼緣組合梁曲線橋和工字鋼-混凝土組合梁曲線橋進行了工程實例的對比，以國內(nèi)某橋為例，采用（36+48+36） m連續(xù)管翼緣組合梁橋和（36+48+36） m連續(xù)工字鋼混凝土組合梁橋，平面位于半徑為100 m的圓曲線上，橫向布置為單向三車道，荷載等級為公路-I級。通過Midas Civil軟件對兩種方案進行了建模分析，并考慮恒載、移動荷載、溫度作用和支座沉降等因素，對兩種方案的橋型結構剛度及動力性能進行了計算分析。

關鍵詞 管翼緣組合梁；小半徑曲線橋；動力性能

中圖分類號 U441 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）17-0122-03

0 引言

近年來，在對已有的鋼-混組合梁研究基礎上，隨著材料科學、結構設計理論的發(fā)展，鋼-混凝土組合梁出現(xiàn)了多種截面形式及多種新材料[1]。其中，由美國Lehigh大學Sause教授[2]提出的新型管翼緣組合梁就是一種新型鋼-混組合梁，將工字鋼-混凝土組合梁中的平板上翼緣用矩形或圓形代替形成新型的鋼-混凝土組合梁，其中管翼緣可以采用內(nèi)填混凝土或空心截面形式。

國內(nèi)已建成的管翼緣組合梁橋有陜西省眉縣常興鎮(zhèn)魏家堡水電站的常興二號橋、跨黃延高速的K18+496.141車行天橋。眉縣常興二號橋為一跨54 m矩形管翼緣鋼-混凝土簡支梁橋[3]，橋?qū)?6 m，主梁采用6片簡支的新型管翼緣組合梁，鋼主梁間距為2.8 m；跨黃延高速K18+496.141車行天橋采用兩跨2×28 m連續(xù)梁，橋面寬5.5 m，采用3片焊接矩形管翼緣組合梁，主梁間距為1.8 m，鋼梁1.25 m。兩座已建成的矩形管翼緣組合梁橋如圖1所示：

圖1 國內(nèi)已建成管翼緣鋼混組合梁橋照片

對管翼緣組合梁曲線橋和工字鋼-混凝土組合梁曲線橋進行工程實例的對比，利用Midas Civil軟件對曲線管翼緣組合梁橋及曲線工字鋼組合梁橋，在不同荷載組合下的剛度及動力性能進行研究。

1 工程概況

對新型管翼緣組合梁橋和工字型組合梁橋進行深入的對比分析。實例采用（36+48+36） m連續(xù)管翼緣組合梁橋和（36+48+36） m連續(xù)工字鋼混凝土組合梁橋，平面位于半徑為100 m的圓曲線上，橫向布置為單向三車道，斷面橫向采用5片焊接組合梁作為主梁，主梁梁高2.2 m，主梁中心間距為2.8 m，懸臂寬度為1.4 m，荷載等級為公路-I級。

通過Midas Civil軟件對兩種方案進行建模分析，并考慮恒載、移動荷載、溫度作用和支座沉降等因素，對兩種方案的橋型剛度及動力性能進行分析。

主要材料如下：

（1）混凝土

主梁方管翼緣內(nèi)填C50收縮自補償型微膨脹混凝土，橋面板采用C50混凝土，橋面鋪裝為水泥混凝土。

（2）普通鋼筋

采用符合《鋼筋混凝土用鋼 第1部分：熱軋光圓鋼筋》（GB 1499.1—2008）和《鋼筋混凝土用鋼 第2部分：熱軋帶肋鋼筋》（GB 1499.2—2007）相關規(guī)定的HPB300、HRB400鋼筋。

（3）鋼材

所用鋼結構部分的鋼材均使用Q345qCNH鋼板。

（4）高強螺栓

鋼梁連接所用的高強螺栓、螺母、墊圈符合GB/T 1228～1231—2006的要求。

（5）橋面鋪裝

鋪設10 cm厚的水泥混凝土。

2 兩種組合梁橋設計方案

2.1 矩形管翼緣鋼-混凝土組合梁橋設計方案

主梁由縱梁、橫梁和橋面混凝土板組成，鋼結構部分含主梁、橫梁；鋼結構部分均采用Q345qCNH鋼材。40 m跨主梁梁高2.2 m，鋼結構部分高度為1 920 mm，橫向5片鋼梁梁高一致。上翼緣方管尺寸為（500×250×14） mm，下翼緣板厚度為30 mm，寬720 mm，腹板厚16 mm。管翼緣組合梁橫斷面構造如圖2所示。

2.2 工字鋼-混凝土組合梁橋設計方案

工字鋼-混凝土組合梁橋設計方案的工字鋼-混凝土組合梁與管翼緣-鋼混凝土組合梁的抗彎剛度相同，梁高、混凝土板尺寸均相同，各部分材料特性也相同，如圖3所示：

3 有限元計算分析

3.1 有限元模型

根據(jù)結構構造，采用Midas Civil 2015軟件建立靜力分析的有限元模型，如圖4所示：

3.2 荷載施加

計算過程考慮恒載、汽車荷載、溫度作用、橋墩基礎不均勻沉降、風荷載、活載風、離心力等因素影響[4]。

3.3 荷載組合及計算分析斷面

在進行主梁驗算時，主要分析不同荷載工況下控制截面的鋼梁上下翼緣應力、混凝土頂板應力和組合梁的變形。計算分析斷面示意如圖5所示，A-A截面為第一跨支點截面，B-B截面為第一跨跨中截面，C-C截面為中支點截面，D-D截面為第二跨跨中截面，E-E截面為中支點截面，F(xiàn)-F截面為第三跨跨中截面，G-G截面為第三跨支點截面。

3.4 剛度分析

管翼緣鋼-混凝土組合梁的變形限值參考工字鋼-混凝土組合梁橋，結構的豎向活載撓度應不大于L/600；結構在恒載、活載作用下的撓度之和大于L/1600時應設置的預拱度，預拱度為計算得到的恒載位移，再疊加上1/2活載引起的最大位移，恒載、活載及不同荷載組合作用下的跨中最大撓度見表1所示。通過計算可知，在活載作用下兩種結構的跨中最大撓度均小于L/600=80 mm，因此結構變形符合規(guī)范要求。由于相同主梁片數(shù)、等梁高的管翼緣組合梁橫截面面積和抗彎剛度與傳統(tǒng)工字鋼-混凝土組合梁相等，但抗扭剛度較高，因此管翼緣鋼-混凝土組合梁橋的豎向撓度小于工字鋼-混凝土組合梁，表現(xiàn)出更強的整體剛度。

準永久組合作用及基本組合作用下兩種組合梁B-B、D-D截面撓度如圖6所示。從圖6可看出，準永久組合作用下的兩種組合梁撓度沿橫截面分布基本一致，管翼緣組合梁與工字鋼混凝土組合梁相比，撓度偏?。换窘M合作用下的管翼緣組合梁撓度比工字鋼混凝土組合梁小10%～15%。

3.5 動力特性分析

橋梁的動力特性，只與結構本身的固有性質(zhì)有關，頻率可以宏觀地表征結構的剛度[5]。對兩座橋進行動力特性計算，將恒載轉(zhuǎn)化為質(zhì)量利用Lanczos法進行特征值分析，兩座組合梁橋的頻率及振型計算結果見表2所示。由計算結果可看出，管翼緣組合梁與工字鋼-混凝土組合梁的前三階振型相同，管翼緣組合梁橋各階自振頻率略高于工字鋼-混凝土組合梁橋，表現(xiàn)出更高的抗扭、抗彎剛度。

4 結論

該文在相同的工程背景下，分別設計了曲線管翼緣鋼-混凝土組合梁橋和工字鋼-混凝土組合梁橋，通過對兩種形式組合梁橋的剛度及動力特性分析計算[6]，得到了如下結論：

準永久組合作用下的兩種組合梁撓度沿橫截面分布基本一致，管翼緣組合梁與工字鋼混凝土組合梁相比，撓度偏?。换窘M合作用下的管翼緣組合梁撓度比工字鋼混凝土組合梁小10%～15%。

對兩種截面形式的曲線組合梁橋進行動力特性分析，發(fā)現(xiàn)兩種方案的前三階振型一致，分別為扭轉(zhuǎn)、橫向彎曲、豎彎與扭轉(zhuǎn)耦合[7]；管翼緣組合梁橋三階頻率均高于工字鋼-混凝土組合梁，表現(xiàn)出更高的抗彎、抗扭剛度。

參考文獻

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