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        人行景觀拱橋拱圈受力分析

        2018-08-18 05:45:30蔣定衍
        城市道橋與防洪 2018年8期
        關(guān)鍵詞:橋梁模型

        蔣定衍

        (上海市政設(shè)計(jì)研究總院集團(tuán)佛山斯美設(shè)計(jì)院有限公司,廣東 佛山 528200)

        0 引言

        隨著城市的發(fā)展,城市綠地公園的建設(shè)越來(lái)越多,對(duì)景觀的要求也越來(lái)越高。而拱橋因?yàn)槠湓煨蛢?yōu)美、曲線(xiàn)圓潤(rùn)、富有動(dòng)態(tài)感、可很好地與周邊景觀融合等特點(diǎn),成為大多數(shù)公園橋梁的首選橋型。

        1 工程概況

        某公園人行景觀橋?yàn)閱慰缁炷辽铣惺焦皹?,跨徑?5 m,橋面總寬為5.0 m。拱圈線(xiàn)形采用矢跨比f(wàn)/L=1/5.66的等截面圓?。≧=11.95m),厚度為60 cm。橋臺(tái)采用重力式,承臺(tái)厚1.5 m,基礎(chǔ)為直徑1.0 m的鉆孔灌注樁,等間距布置。橋面鋪裝總厚30~245 cm,其組成為3 cm厚花崗巖貼面+3 cm M10混凝土砂漿+24~239 cm輕質(zhì)混凝土,在鋪裝與拱圈中間另設(shè)2 mm防水層。人行道兩旁設(shè)花崗巖欄桿。橋梁總體布置圖及拱圈斷面尺寸如圖1、圖2所示。

        圖1 橋梁總體布置圖(單位:cm)

        圖2 拱圈斷面構(gòu)造圖(單位:cm)

        2 桿系計(jì)算模型

        以MIDAS/Civil建立了結(jié)構(gòu)的平面桿系模型,拱圈部分共等分為31個(gè)單元,單個(gè)橋臺(tái)及承臺(tái)共劃分為7個(gè)單元,如圖3所示。樁基礎(chǔ)考慮以m法計(jì)算基礎(chǔ)的地基剛度,考慮樁基的彎剪耦合效應(yīng),以6×6彈性地基剛度矩陣進(jìn)行模擬;二期恒載以及人群荷載以靜載方式中的單元荷載進(jìn)行加載。

        圖3 結(jié)構(gòu)桿系模型

        拱圈上下緣正應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如圖4、圖5所示。

        圖4 拱圈上緣正應(yīng)力圖

        圖5 拱圈下緣正應(yīng)力圖

        3 實(shí)體計(jì)算模型

        根據(jù)橋梁的總體構(gòu)造,以MIDAS/Civil建立了結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體模型,拱圈部位共劃分為188個(gè)實(shí)體單元,單個(gè)橋臺(tái)及承臺(tái)共劃分為334個(gè)實(shí)體單元,如圖6所示。樁基礎(chǔ)模擬同桿系模型;二期恒載以及人群荷載以靜載方式中的節(jié)點(diǎn)荷載進(jìn)行加載。

        圖6 結(jié)構(gòu)實(shí)體模型

        根據(jù)MIDAS/Civil分析軟件計(jì)算結(jié)果,為便于更直觀地觀察拱圈內(nèi)的應(yīng)力分布情況,分別以拱圈縱軸截面、拱頂橫截面以及拱腳橫截面做分析,如圖7~圖9所示。

        圖7 拱圈X向正應(yīng)力云圖(順橋向)

        圖8 拱頂Y向正應(yīng)力云圖(橫橋向)

        圖9 拱腳Y向正應(yīng)力云圖(橫橋向)

        由圖7可知,拱圈拉應(yīng)力出現(xiàn)在拱頂下緣以及拱腳的上緣,但是拱腳拉應(yīng)力最大處并不是出現(xiàn)在拱腳與橋臺(tái)的交界處,而是出現(xiàn)在距離拱腳大約1.0 m處,主要是因?yàn)榭臻g實(shí)體模型是考慮了橋臺(tái)混凝土對(duì)拱腳的套箍作用。由圖8及圖9可知,拱頂位置的應(yīng)力在橫向并不均衡,而拱腳截面的應(yīng)力橫向分布則相對(duì)較均勻。

        從計(jì)算結(jié)果可以看出,拱圈的最大拉應(yīng)力為4.259 MPa,可通過(guò)配置縱向受拉鋼筋以抵抗截面拉應(yīng)力,將裂縫控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

        4 計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析

        以拱圈上下緣正應(yīng)力分布作為研究對(duì)象,對(duì)桿系模型與實(shí)體模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,如圖10、圖11所示。

        從兩圖的分析可知,在拱頂位置,兩種計(jì)算方法的應(yīng)力趨勢(shì)基本一致,但是無(wú)論是上緣還是下緣,實(shí)體模型的計(jì)算結(jié)果均大于桿系模型,而拱腳位置的應(yīng)力趨勢(shì)則有較大的差異,主要是因?yàn)閷?shí)體模型充分考慮了結(jié)構(gòu)的空間效應(yīng),更接近結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況,可提供更加可靠的設(shè)計(jì)理論依據(jù)。

        5 結(jié)語(yǔ)

        本文以某公園的人行景觀拱橋?yàn)楸尘?,借助空間有限元分析軟件對(duì)結(jié)構(gòu)分別建立平面桿系模型以及空間的實(shí)體模型,并對(duì)兩種方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比,以對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì),力爭(zhēng)避免出現(xiàn)同類(lèi)型橋梁的弊病,保證橋梁在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的安全。

        圖10 拱圈上緣正應(yīng)力對(duì)比圖

        圖11 拱圈下緣正應(yīng)力對(duì)比圖

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