蔣定衍
(上海市政設(shè)計研究總院集團佛山斯美設(shè)計院有限公司,廣東 佛山528200)
隨著我國鋼材產(chǎn)業(yè)逐漸由產(chǎn)能短缺進入產(chǎn)能過剩,鋼結(jié)構(gòu)加工工藝顯著提高,鋼結(jié)構(gòu)更環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展、全壽命周期經(jīng)濟競爭性強、人力資源更節(jié)省等優(yōu)勢逐漸凸顯,鋼結(jié)構(gòu)橋梁在公路橋梁建設(shè)中表現(xiàn)出強勁的的競爭性。同時,為貫徹落實《交通運輸部關(guān)于推進公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)的指導意見》,各地也都在積極探索,大力推廣公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁的建設(shè)。
某工程的主梁采用(50+86+50)m變截面鋼箱梁,梁高按2次拋物線變化,截面形式為單箱三室。中支點處梁高3.6 m(高跨比1/23.89),邊支點和跨中位置梁高2.12 m(高跨比1/40.56),箱梁頂寬16.5 m,主梁橫斷面如圖1所示。
圖1 主梁橫斷面圖
(1)一期恒載:鋼材容重 γ=78.5 kN/m3,按照施工圖實際自重考慮。
(2)二期恒載:
鋪裝:瀝青混凝土 100 mm ,γ=24 kN/m3;
防撞護欄:15 kN/m/側(cè)。
(3)車輛作用:公路-I級。
(4)支座沉降:不均勻沉降L/3 000。
(5)溫度:體系升溫:+30℃;體系降溫:-30℃。
(6)溫度梯度:正溫差+14℃;負溫差-7℃。
橋梁重要性系數(shù):1.1。
(1)標準組合一:恒+活+支座沉降。
(2)標準組合二:恒+活+支座沉降+系統(tǒng)升溫(+30℃)+正溫差(+14℃)。
(3)標準組合三:恒+活+支座沉降+系統(tǒng)降溫(-30℃)+負溫差(-7℃)。
(4)基本組合一:1.2恒+1.4活+支座沉降。
(5)基本組合二:1.2恒+1.4活+支座沉降+1.05系統(tǒng)升(降)溫+1.05溫度梯度正(負)溫差。
以Midas Civil建立了結(jié)構(gòu)的平面桿系模型,對結(jié)構(gòu)在自重、二期恒載、活載、支座不均勻沉降,以及溫度力等荷載工況下進行平面靜力分析,按照最不利組合進行驗算(見圖2)。
圖2 鋼箱梁計算模型
結(jié)構(gòu)按公路橋規(guī)JTG D60-2015第4.1.5條承載能力極限狀態(tài)效應組合進行承載力驗算,主梁的承載力和內(nèi)力包絡(luò)見圖3、圖4所示。
圖3 正截面抗彎承載能力包絡(luò)圖
圖4 正截面抗剪承載能力包絡(luò)圖
按《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》(JTG D64-2015),連續(xù)鋼箱梁有效分布寬度可按下式計算:
中間支點斷面:
式中:b為主梁腹板間距的一半或懸臂板的寬度;l為換算跨徑。
計算結(jié)果如表1所列。
表1 截面有效分布寬度系數(shù)表
考慮剪力滯后箱梁上下翼緣應力如表2~表4所列。
根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》(JTG D64—2015)中4.2.3條,計算豎向撓度時,應按結(jié)構(gòu)力學的方法并應采用不接沖擊力的汽車車道荷載頻遇值,頻遇系數(shù)為1.0,由此計算的結(jié)構(gòu)擾度如圖7、圖8所示,86 m跨中上撓33 mm+下?lián)?8 mm=121 mm。
表2 標準組合二上下翼緣應力一覽表 MPa
表3 標準組合三上下翼緣應力 MPa
表4 基本組合一~四上下翼緣應力一覽表 MPa
圖7 活載MAX撓度包絡(luò)圖
圖8 活載MIN撓度包絡(luò)圖
根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》(JTG D64—2015)中5.5.2條,采用疲勞荷載計算模型Ⅰ,取用等效的車道荷載,集中荷載0.7Pk,均布荷載0.3qk,四車道布載。計算結(jié)果見表5所列。
表5 結(jié)構(gòu)各部位應力幅一覽表 MPa
采用疲勞荷載計算模型得到的各部位應力幅滿足下列公式:
(1)上翼緣母材正應力幅:
(2)下翼緣母材正應力幅:
(3)母材剪應力幅:
通過以上計算分析,可得出如下結(jié)論:
(1)結(jié)構(gòu)在最不利組合中,最大拉應力224.2 MPa,最大壓應力-232.3 MPa,應力滿足規(guī)范要求。
(2)梁端腹板剪切應力106.1MPa,小于155MPa,剪應力滿足規(guī)范要求。
(3)活載作用下,結(jié)構(gòu)中跨86 m跨中最大的撓度為 121 mm<86 000/500=172(mm),剛度滿足規(guī)范要求。
(4)結(jié)構(gòu)抗疲勞驗算滿足規(guī)范要求。