張樹清 鄭國華

(安徽省交通規(guī)劃設計研究院有限公司橋梁分院，安徽 合肥 230088)

大跨度連續(xù)剛構墩梁固結分析

張樹清 鄭國華

(安徽省交通規(guī)劃設計研究院有限公司橋梁分院，安徽 合肥 230088)

采用ANSYS 建立連續(xù)剛構墩梁固結有限元模型，對其結構進行安裝后的多種工況靜力分析，得到其應力情況，結果表明該安裝方案在靜結構強度方面表現(xiàn)良好，設計合理，墩梁固結區(qū)應力均滿足設計規(guī)范要求。

連續(xù)剛構，墩梁固結，有限元，靜力分析

某橋主橋跨徑布置為(97+176+97)m，全長370 m，為連續(xù)剛構橋方案，結構體系采用墩梁固結的形式。主梁采用單箱單室變高度箱梁，主墩采用雙薄壁墩，下部采用承臺及群樁基礎。

主梁采用預應力混凝土變高度箱梁，主梁全寬32.0 m。箱梁支點梁高10.0 m，跨中梁高4.5 m，行車道部分頂板厚度為0.28 m，翼緣板邊緣厚度0.20 m。底板厚度由跨中0.32 m變化到支點處1.20 m。腹板采用分段等寬，由跨中到支點分兩次變化，厚度分別為0.50 m，0.65 m，0.80 m。主梁端支點及中支點處均設置橫隔梁，端橫隔梁厚度2.00 m，中橫隔梁厚度2.00 m，中橫隔梁單個支點上設置兩道，分別與兩道薄壁墩固結。主墩采用雙薄壁墩形式，主墩橫橋向標準寬度9.95 m。順橋向為等寬，寬度1.6 m。兩個薄壁墩間距為4.0 m。主墩基礎采用承臺及群樁基礎，承臺采用矩形承臺，承臺分上下兩層，總高5.0 m，下層高3.0 m，橫橋向寬14.0 m，順橋向寬19.0 m，上層高2.0 m，橫橋向寬10.95 m，順橋向寬11.0 m，見圖1。

1 計算模型

1.1 有限元模型

由于連續(xù)剛構橋的墩梁固結區(qū)的構造和應力分布都較為復雜，為考察墩梁固結區(qū)域在不利施工工況下受力狀況，直觀的看出該區(qū)域應力分布情況，采用大型通用有限元軟件ANSYS建立墩梁固結區(qū)域有限元模型，如圖2所示。根據(jù)圣維南原理，墩梁固結區(qū)的應力分布只與其附近區(qū)域的受力狀態(tài)有關，有限元模型截取雙薄壁墩墩柱和承臺，箱梁順橋向截取52 m模擬研究。

墩梁固結區(qū)域承臺、橋墩、箱梁混凝土部分采用實體單元Solid65模擬，劃分單元網(wǎng)格時盡量采用正六面體單元，以保證計算結果的準確性。模型計算中考慮預應力鋼束作用，按預應力實際布置情況模擬，如圖3所示，預應力鋼束用桿單元Link8模擬。預應力鋼束預加應力是通過對桿單元施加降溫實現(xiàn)，預應力鋼束與混凝土之間的連接關系通過自由度耦合來模擬，計算中不考慮普通鋼筋的作用。

1.2 荷載工況

橋梁施工過程復雜，施工工況很多，針對每個施工工況都進行墩梁固結局部分析，耗時耗力。在局部分析中結合整體計算的工況結果，選取對結構最不利幾個工況進行局部分析。綜合考慮共選取四種荷載工況:工況一，最大雙懸臂，即是掛籃懸澆施工邊跨、中跨均未合龍狀態(tài)；工況二，最大單懸臂，即是掛籃懸澆施工邊跨合龍、中跨合龍前狀態(tài)；工況三，正常使用極限狀態(tài)組合Ⅲ(彎矩最大)；工況四，承載能力極限狀態(tài)(彎矩最大)。

各工況下梁端荷載表見表1。

表1 各工況下梁端荷載

1.3 邊界條件

局部分析計算中有限元模型的邊界條件可分為位移邊界條件和力的邊界條件，分析中在考慮邊界條件與實際結構近似的同時，對無法準確模擬的邊界條件按偏安全處理。在局部分析模型的兩端施加整體計算得到的力的邊界條件，在雙薄壁墩承臺底部施加約束所有自由度位移邊界條件[2]。

2 局部分析結果

各工況計算應力分布情況如圖4～圖7所示。

從圖4～圖7可以看出：

1)邊、中跨均未合龍，結構處于最大雙懸臂時，墩梁固結區(qū)域箱梁頂板壓應力-11.2 MPa～-20.9 MPa，腹板壓應力-8.02 MPa～-14.5 MPa，底板應力-4.8 MPa～-8.02 MPa；

2)邊跨合龍，中跨尚未合龍，結構處于最大單懸臂時，墩梁固結處箱梁頂板的壓應力為-11.5 MPa～-21.4 MPa，腹板壓應力-8.19 MPa～-18.1 MPa，底板應力-4.89 MPa～-8.19 MPa；

3)正常使用極限狀態(tài)荷載組合Ⅲ最大彎矩工況下，頂板壓應力-11.1 MPa～-20.6 MPa，腹板壓應力-8.01 MPa～-17.6 MPa，底板應力-4.78 MPa～-8.01 MPa；

4)承載能力極限狀態(tài)最大彎矩工況下，頂板壓應力-3.5 MPa～-5.86 MPa，腹板壓應力-5.86 MPa～-10.6 MPa，底板應力-8.21 MPa～-12.9 MPa；

5)單懸臂狀態(tài)箱梁頂板應力邊跨側稍微大于中跨側，箱梁底板應力中跨側稍微大于邊跨側；正常使用極限狀態(tài)荷載組合Ⅲ箱梁頂板、底板壓應力較最大雙懸臂、最大單懸臂狀態(tài)應力減小。除承載能力極限狀態(tài)外，結構在各工況下主應力數(shù)值相差不大。各工況作用下墩梁固結區(qū)域截面均處于受壓狀態(tài)，受力滿足設計規(guī)范要求。

3 結語

采用ANSYS 對墩梁固結段建立了比較精細的有限元模型，對其進行靜力強度分析。結果顯示該方案在靜結構強度方面表現(xiàn)良好，設計合理。墩梁固結區(qū)應力滿足要求，預應力鋼束布置合理。建議在滿足施工的條件下，在拉應力比較大的區(qū)域，適當增加鋼筋密度；在壓應力比較大的區(qū)域，適當考慮構件局部增強，考慮局部承壓設計。

[1] JTJ 023-85，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].

[2] 高 偉.大跨度連續(xù)剛構橋墩梁固結區(qū)受力分析[J].大連大學學報，2009(4)：23-25.

[3] 王新敏.ANSYS工程結構數(shù)值分析[M].北京：人民交通出版社，2007.

[4] 周敬庫.鐵路連續(xù)剛構橋墩梁固結處的局部應力分析研究[J].鐵道建筑，2008(23)：57.

[5] 夏 龍.高墩大跨T型剛構橋墩梁固結處試驗研究[D].長沙：中南大學，2008.

Analysis of joint between piers and girder of long-span continuous rigid frame bridge

ZHANG Shu-qing ZHENG Guo-hua

(BridgeBranchCourtsofAnhuiTransportConsulting&DesignInstituteCo.,Ltd,Hefei230088,China)

The FEM local analysis of joint between piers and girder of the bridge were performed by using ANSYS program. Stress distributions of the joint in construction stages and working stages were obtained by static calculation of a variety of conditions. Proves by the result that the scheme has better performances in the strength of the static structure and has reasonable design, and the stress at pier beam consolidation area can meet the requirements for the design regulation.

continuous rigid-frame, joint between piers and girders, FEM, static analysis

1009-6825(2014)11-0180-02

2014-02-07

張樹清(1983- )，男，碩士，工程師； 鄭國華(1975- )，男，高級工程師

U443.22

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