劉 政

(駐馬店市宇暢路橋養(yǎng)護工程有限公司， 河南駐馬店 463000)

1 橋梁概況

某高速公路互通式立交主線橋上部結構為2×(6×20) m+(23+35+23) m+2×(6×20) m等高混凝土連續(xù)梁+連續(xù)剛構，下部橋墩為三柱式，橋臺為四柱式，鉆孔灌注樁基礎。全橋為5聯(lián)，橋面簡易連續(xù)，于6號、12號、15號、21號墩及兩橋臺處設置HXC-80A型伸縮縫。13號、14號墩固結，橋臺及連接墩采用TCYBF4200-28型球冠圓板橡膠支座，其余各墩采用GPZ抗震盆式橡膠支座。橋梁2004年建成通車。

該互通立交主線橋第三聯(lián)為預應力連續(xù)剛構形式，橋型較其它聯(lián)復雜，且結構組合采用了預制、一次現(xiàn)澆、二次現(xiàn)澆等成橋方式，而且2008年橋梁檢測中發(fā)現(xiàn)底板橫向裂縫較多，有些裂縫甚至發(fā)展至腹板頂，裂縫寬度0.1～0.15 mm。為全面了解橋梁的實際狀況和工作性能，對該互通式立交主線橋第三聯(lián)(23+35+23) m的連續(xù)剛構(以下簡稱橋梁)設計進行復核，判斷了橋梁的承載能力，提供該類現(xiàn)有橋梁的維護使用和加固改造工作借鑒。

1.1 計算方法

計算模型是實際橋梁結構物的物理抽象，應真實反映結構的幾何、物理特征,有限元分析模型見圖1。本報告在進行有限元建模時考慮了以下情況。

圖1 MIDAS有限元計算模型

橋梁計算模型邊界條件約束模擬的準確與否，對于有限元計算結果的準確性至關重要。本項目建立的橋梁結構計算模型，考慮了墩柱的彈性變形影響，將墩底固結；對于支座，在MIDAS/CIVIL 2006計算模型中，采用軟件中的節(jié)點間彈性連接、設置不同的剛度模擬支座彈性影響。

采用有限元方法進行結構計算，按照該橋梁設計圖紙對橋梁進行離散，建立橋梁結構全橋空間有限元計算模型，進行全橋整體結構分析。

利用橋梁專用軟件MIDAS/CIVIL 2006建立橋梁空間梁單元模型，梁單元截面采用AutoCAD繪制，再導入MIDAS/CIVIL 2006的截面特性計算器(SPC)精確求得截面特性，然后按“數(shù)值”方法輸入程序，預應力束采用預應力荷載施加，支座采用彈性連接模擬，全橋模型共計70個節(jié)點，51個單元。

1.2 材料特性

根據(jù)設計圖紙，該橋橋墩采用C40混凝土，其中12號和15號墩頂蓋梁采用C25混凝土，主梁采用C50混凝土。結構分析模型中將鋼筋混凝土梁考慮為勻質材料，其彈性模量由相應的混凝土和鋼筋的容重換算求得，具體等效方法如下：

Ne=Ns+Nc

σeAe=σsAs+σcAc

∵εe=εs=εc；Ac+As≈Ac

∴EeAe=EsAs+EcAc

整理以上各式得:

Ee= (EsAs+EcAc)/(As+Ac)

Ee=(EsAs+EcAc)/Ac=(As/Ac)×Es+Ec=ηAEs+Ec

式中：Ee為鋼筋混凝土的等效彈性模量；Ae為鋼筋混凝土的等效面積；Ec為混凝土的彈性模量；Ac為混凝土的面積；Es為鋼筋的彈性模量；As為鋼筋的面積；ηA為面積配筋率。

1.3 施工階段劃分

按圖紙給定的施工概略流程圖，共劃分5個施工階段。各階段的說明見表1。

表1 第三聯(lián)施工階段說明

1.4 計算工況

根據(jù)JTJ 021-89《公路橋涵設計通用規(guī)范》和JTJ 023-85《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》相關規(guī)定，本報告計算工況為：工況1：恒載；工況2：恒載+汽超-20；工況3：恒載+汽超-20+混凝土收縮徐變+整體升溫；工況4：恒載+汽超-20+混凝土收縮徐變+整體降溫；工況5：恒載+掛車-120。以上分析工況除工況1外均按規(guī)范規(guī)定考慮分項系數(shù)、安全系數(shù)、條件系數(shù)。

2 橋梁空間結構分析

有限元計算結果表明：橋梁正截面抗彎的最危險截面有四處：(1)邊跨13號墩左側13 088 mm處截面，即邊跨最大正彎矩處；(2)中跨跨中截面，即中跨最大正彎矩處；(3)13號墩頂，即最大負彎矩處；(4)14號墩右側5 500 mm處，即變截面的小端。以上四截面在橋梁營運過程中可能受到的最大彎矩詳見表2。

表2 橋梁抗彎的最危險截面及該截面所承受的最大彎矩 kN·m

橋梁斜截面抗剪的最危險截面有三處：(1)12號墩頂右側3 mm處，即最大正剪力處；(2)14號墩頂，即最大負剪力處；(3)左側5 500 mm處，變截面小端。以上三截面在橋梁營運過程中可能承受的最大剪力詳見表3。

表3 橋梁抗剪的最危險截面及該截面所承受的最大剪力 kN

3 截面承載能力驗算

前面通過MIDAS/CIVIL 2006對橋梁進行了空間結構計算，得到了橋梁受力的最危險截面，下面依據(jù)(JTJ 023-85)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》對其進行承載能力進行驗算。

承載能力是指結構或構件達到最大承載能力，或達到不適于繼續(xù)承載的變形的極限狀態(tài)。對應于結構或結構件達到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形，它包括結構件或連接因強度超過而破壞，結構或其一部分作為剛體而失去平衡(傾覆或滑移)，在反復荷載下構件或連接發(fā)生疲勞破壞等。當結構或結構構件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，應認為超過了承載能力極限狀態(tài):(1)整個結構或結構的一部分作為剛體失去平衡(如傾覆,滑移等);(2)結構構件或連接因超過材料強度而破壞(包括疲勞破壞)，或因過度的塑性變形而不適于繼續(xù)承載;(3)結構轉變?yōu)闄C動體系;(4)結構或結構構件喪失穩(wěn)定(如壓屈等);(5)地基喪失承載能力而破壞(如失穩(wěn)等)。

3.1 正截面強度驗算

由于該剛構橋為預應力混凝土梁橋，按照預應力構件對其進行強度校核。構件所能承受的最大彎矩為：

預應力混凝土梁的受壓區(qū)高度x，應滿足：

x≤ξjyh0

x≥2a′

將各個危險截面用上式計算，得到最大承載能力列于表4。

表4 橋梁抗彎的最危險截面及該截面所承受的最大彎矩 kN·m

3.2 斜截面強度驗算

預應力混凝土梁的斜截面抗剪強度公式為：

Qk=0.048mμkRgkbh0

Qw=0.068RywΣAywsinα

用上式對各個危險截面進行驗算，得到最大承載能力列于表5。

表5 橋梁抗剪的最危險截面及該截面所承受的最大剪力 kN

3.3 承載能力驗算結果匯總

整理以上計算結果，匯總列于表6、表7。

表6 正截面承載能力校核 kN·m

表7 斜截面抗剪承載能力校核 kN·m

注:14號墩頂截面抗剪強度，(14143.77-13540.84)/13540.84 = 4.453%<5%,認為滿足！

由表6、表7可以看出，結構正截面抗彎和斜截面抗剪承載能力滿足規(guī)范要求。

4 結論

通過對該高速公路互通式立交主線橋第三聯(lián)設計進行承載力復核計算，得到如下結論：

結構正截面抗彎和斜截面抗剪承載能力均滿足規(guī)范要求。因此，該高速公路互通式立交主線橋第三聯(lián)在正常的設計荷載作用下和所計算范圍內及假定的前提條件下，正截面抗彎和斜截面抗剪承載能力能夠滿足要求，該橋仍能繼續(xù)使用。