孟淼

（中鐵七局集團(tuán)有限公司第二工程有限公司，沈陽 110000）

1 工程概況

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁通過2 種材料的共同工作，充分發(fā)揮了混凝土抗壓和鋼材抗拉性能上的優(yōu)勢(shì)，避免了混凝土受拉開裂和鋼材受壓失穩(wěn)的問題。組合結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)自重輕、施工性能好等方面的優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛運(yùn)用【1~5】。本文依托某42m+2×70m+42m 鋼-混組合梁結(jié)構(gòu)跨越繞城高速橋梁。鋼混組合梁中支點(diǎn)直線段長(zhǎng)度4m，梁高4.2m；邊支點(diǎn)直線段長(zhǎng)度10m，梁高2.6m。本文針對(duì)2 支座間距較小的外伸橫梁及2 支座間距布置在橫梁兩端的一般橫梁分別用ANSYS 軟件進(jìn)行精細(xì)化建模計(jì)算【6，7】，分析了各自在最不利荷載工況作用下的受力性能，并進(jìn)行了對(duì)比，為類似工程設(shè)計(jì)提供了參考。

2 橫梁的計(jì)算圖式

為方便建模計(jì)算，本案例將縱向橋面板在計(jì)算單元范圍內(nèi)的恒載、活載傳遞到橫梁上，按照公路-Ⅰ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值，在各個(gè)可能出現(xiàn)的工況中選取了最不利荷載組合工況進(jìn)行計(jì)算。

1）橫梁的簡(jiǎn)化模型：橋面板的縱向長(zhǎng)度l 取值2 780mm；橫梁可看作簡(jiǎn)支梁，考慮間距為2.85m 與7.0m 2 種情況。

2）荷載取值：依據(jù)相關(guān)規(guī)范【8~11】，承載能力極限狀態(tài)恒載乘以1.2 倍系數(shù)，活載乘以1.4 倍系數(shù)。

3 有限元建模

鋼-混組合箱梁橫梁局部模型采用大型空間有限元程序ANSYS 進(jìn)行精細(xì)化的實(shí)體有限元分析，利用橋梁結(jié)構(gòu)整體最不利荷載工況及對(duì)應(yīng)的力邊界條件，將鋼-混組合箱梁橫梁看作簡(jiǎn)支梁，根據(jù)計(jì)算簡(jiǎn)圖考慮支座大小間距影響，對(duì)局部有限元模型進(jìn)行加載，即可得到鋼-混組合箱梁局部模型局部應(yīng)力水平和應(yīng)力分布狀態(tài)。

4 有限元結(jié)果分析

4.1 承載力極限狀態(tài)計(jì)算

4.1.1 第一主應(yīng)力計(jì)算（最大拉應(yīng)力）

承載能力極限狀態(tài)下，大小間距對(duì)鋼結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力云圖分布形式影響不大，圖1 為大間距情況下鋼結(jié)構(gòu)最大拉力分布云圖。由圖1 看出，支座間距不同情況下鋼結(jié)構(gòu)絕大部分區(qū)域處于底板全截面受拉、兩邊腹板大部分截面受拉、整個(gè)鋼箱受拉應(yīng)力區(qū)域呈凹槽狀。結(jié)果顯示，大間距支座布置最大主拉應(yīng)力為50.507 2MPa，小間距支座布置最大主拉應(yīng)力為34.639 9MPa，均小于鋼結(jié)構(gòu)極限承載能力。比較二者可以看出，小間距最大拉應(yīng)力受力狀況優(yōu)于大間距受力狀況。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)最大拉應(yīng)力分布云圖

承載能力極限狀態(tài)下，大小間距對(duì)混凝土部分最大應(yīng)力云圖分布形式影響不大，圖2 為大間距情況下混凝土橋面板最大拉力分布云圖。由圖2 看出，支座間距不同情況下預(yù)應(yīng)力混凝土板絕大部分區(qū)域處于理想受壓狀態(tài)。支座間距不同對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土板受力影響不大。預(yù)應(yīng)力混凝土板兩端出現(xiàn)較大拉應(yīng)力原因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力鋼絞線兩端錨固引起的應(yīng)力集中所致，該區(qū)域結(jié)果失真可以忽略。

4.1.2 第三主應(yīng)力計(jì)算（最大壓應(yīng)力）

承載能力極限狀態(tài)下，支座間距不同情況下鋼結(jié)構(gòu)絕大部分區(qū)域處于頂板全截面受壓、整個(gè)鋼箱受壓應(yīng)力區(qū)域向下凸起，大間距支座布置情況下鋼結(jié)構(gòu)壓應(yīng)力從頂板傳遞至箱梁中部位置時(shí)向兩邊腹板底角傳遞，形成平扁“X”形分布狀，而小間距情況下呈下凹狀，未向兩邊腹板底角傳遞。大間距支座布置最大主壓應(yīng)力為60.000 1MPa，小間距支座布置最大主壓應(yīng)力為46.421 5MPa，均小于鋼結(jié)構(gòu)極限承載能力。比較二者可以看出，小間距最大拉應(yīng)力受力狀況優(yōu)于大間距受力狀況。

圖2 混凝土板最大拉應(yīng)力分布云圖

4.1.3 鋼束內(nèi)力計(jì)算

承載能力極限狀態(tài)下，大、小間距支座布置情況下預(yù)應(yīng)力鋼束內(nèi)力分布相差不大，鋼束受力均處于設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求。

4.1.4 剪力計(jì)算

承載能力極限狀態(tài)下，大、小間距支座布置情況下鋼結(jié)構(gòu)與預(yù)應(yīng)力混凝土板剪力分布相差不大，大間距支座布置情況下橫梁結(jié)構(gòu)中鋼結(jié)構(gòu)與混凝土橋面板結(jié)構(gòu)剪力分布均呈現(xiàn)均勻?qū)ΨQ分布，由于建模原因，鋼絞線端部錨固與支座位置出現(xiàn)應(yīng)力集中可以忽略。

4.2 正常使用極限狀態(tài)變形計(jì)算

正常使用極限狀態(tài)下，大間距支座布置鋼-混組合箱梁橫梁結(jié)構(gòu)最大撓度為-2.665 43mm，懸臂端混凝土板上撓10.733 1mm；小間距支座布置最大撓度為-0.438 954mm，懸臂端混凝土板上撓11.780 1mm；比較二者可以看出，鋼-混組合箱梁橫梁結(jié)構(gòu)小間距支座布置變形狀況優(yōu)于大間距支座布置情況下變形狀況。

5 結(jié)語

1）鋼-混組合箱梁橫梁結(jié)構(gòu)在極限承載能力狀況下鋼結(jié)構(gòu)部分受力分布均勻、合理，預(yù)應(yīng)力混凝土橋面板大部分區(qū)域均處于理想三向受壓狀態(tài)，滿足規(guī)范要求且設(shè)計(jì)富余度合理；

2）橫梁支座間距對(duì)鋼-混組合箱梁橫梁結(jié)構(gòu)整體受力有影響，本文設(shè)定的小間距支座情況下鋼-混組合箱梁橫梁結(jié)構(gòu)受力與變形更優(yōu)，建議在設(shè)計(jì)施工過程中考慮。