申富林
(廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學院, 廣州 510006)
斜靠式拱橋是一種新型拱橋受力結(jié)構(gòu)體系,主要依靠兩片主拱和兩片斜靠拱組合成[1~2]。該類橋梁的主要承重結(jié)構(gòu)為中間平行的主拱肋,傾斜的斜靠拱肋承受人群以及非機動車道的荷載,并增強抗扭轉(zhuǎn)和傾覆的能力。斜靠拱與主拱通過橫撐將連接成一個側(cè)向剛度強大的空間穩(wěn)定體系,與一般梁拱組合體系橋相比,斜靠式拱橋的最大不同在于主拱間未設(shè)橫撐,依靠斜靠拱來代替風撐帶來的穩(wěn)定[3~4]。
本文選選取的斜靠式鋼筋混凝土拱橋跨徑為68m,主拱以及斜靠拱的拱軸線均為懸索線,其中主拱失跨比為1:4.5,斜靠拱在拱圈平面內(nèi)的失跨比1:4.2;在主墩到跨中處全橋?qū)挾扔?3.600m 變化至55.004m;橋梁下部結(jié)構(gòu)采用承臺柱式橋墩以及鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。
采用大型商業(yè)有限元軟件Midas/civil 建立整體模型,該模型共有單元1894 個,包括有空間桁架,空間梁以及板單元三種。桁架單元運用于主拱吊桿以及斜拱吊桿,共有75 個??臻g梁單元運用于主拱,斜拱端橫梁等,共有1252 個單元。板單元運用于橋面板,共567 個單元。斜靠拱處支座和端橫梁處的支座的支撐方式采用節(jié)點彈性支撐,并且僅存在豎向約束。由于主拱拱腳和端橫梁之間存在共同節(jié)點,因此不需要采用剛性連接[5~6]。
該橋梁采用滿堂支架的施工方法,分為三次張拉拱肋與主梁和橋面系之間的吊桿。由于篇幅限制,本文僅給出部分工況下的重要截面彎矩值。
從下表1 中的數(shù)據(jù)可知:
1)在主拱拱腳處的彎矩由于是拱上部受拉力作用,因此彎矩絕對值逐漸變小;主拱跨中位置為下面受拉,拱腳彎矩處的絕對值較大。
2)主拱混凝土和鋼筋的彎矩具有一樣的趨勢,是因為在有限元軟件中兩個具有節(jié)點相同的梁單元的轉(zhuǎn)角位移是一致的,因此主拱處的混凝土和鋼筋的彎矩具有相同的趨勢,只是由于兩者剛度不同導致數(shù)值等比例放大或縮小。
3)在鋼管內(nèi)混凝土強度達到95%之后,主橋橋面板及濕接縫澆筑完成后,分別進行吊桿力的第一次張拉、第二次張拉和第三次張拉,在施加二期恒載之后結(jié)構(gòu)才形成拱結(jié)構(gòu),此時吊桿的張拉力連接拱和梁的作用,因此,此時的索力值即為成橋索力。
成橋即為加上二期恒載后的狀態(tài),橋梁主要結(jié)構(gòu)的彎矩和吊桿索力如表1、表2 所示。由于篇幅限制,本文僅列出部分數(shù)據(jù)。
表1 施工過程主要構(gòu)件彎矩分布表(單位:kN.m)
表2 實際成橋索力以及設(shè)計索力對比表(單位:kN)
從上表可知,經(jīng)驗算的成橋索力同設(shè)計時相符合。
1)主拱吊桿和斜拱吊桿最大拉應力均小于強度標準值1670MPa;
2)主拱鋼管R235 抗拉壓強度設(shè)計值為195 MPa;HRB335 抗拉壓強度設(shè)計值為280 MPa,因此主拱鋼管應力滿足設(shè)計要求;
3)主拱C50 混凝土軸心抗壓強度標準值為22.5MPa,抗拉強度標準值為1.82MPa,因此主拱混凝土應力滿足設(shè)計要求;
4)端橫梁,梁格系,斜拱以及結(jié)構(gòu)橫撐處的R235 抗拉壓強度標準值均為194 MPa,HRB335 抗拉壓強度標準值均280 MPa,因此端橫梁,斜拱應力滿足設(shè)計要求。
斜靠式拱橋是一種較為復雜的空間梁拱組合體系橋,該種橋梁受力復雜,除了具備一般拱橋受力特點外,還具有空間效應。本文通過對斜靠式鋼筋混凝土拱橋的整體進行計算之后,驗算得到的成橋索力同設(shè)計索力相符合,在成橋狀態(tài)時,橋梁各結(jié)構(gòu)應力均不大于相應的設(shè)計強度,符合規(guī)范要求。