馬旭濤，繆 星，邱文軍

(浙江公路水運(yùn)工程咨詢(xún)有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310000)

1 工程概況

本橋?yàn)槟呈〉栏呒軜蛟诹庑位ネㄔ训婪趾狭魑恢玫淖儗挿植順颍瑯蚩绮贾脼?×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，橋面寬度從48.49 m變化至34.50 m。主梁梁高2.0 m，第1跨為單箱7室截面，第2跨單箱6室。橋梁底板平面布置圖見(jiàn)圖1所示。

圖1 箱梁底板平面布置圖

2 有限元模型的建立

采用Midas Civil建立剪力-柔性梁格模型，每塊腹板均離散為一個(gè)縱向梁肋，第1跨共8道縱向梁肋，第2跨7道，梁肋劃分位置位于箱室中心，程序通過(guò)移軸使每個(gè)縱梁構(gòu)件的中性軸與整體單梁截面的中性軸重合。虛擬橫梁采用箱梁頂、底板構(gòu)成的二字形截面來(lái)模擬，端橫梁按實(shí)際截面建模。梁格模型共784個(gè)單元，如圖2所示。

圖2 主梁梁格模型圖

模型共設(shè)3個(gè)施工階段，分別為：主梁落架、施工二期鋪裝及護(hù)欄、收縮徐變。移動(dòng)荷載采用影響線的方式加載，整體升降溫、溫度梯度荷載按規(guī)范取值。

3 計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析

3.1 支反力對(duì)比分析

設(shè)計(jì)在每個(gè)橋墩橫向設(shè)置4個(gè)支座，從上至下依次定義為a、b、c、d支座，具體如圖1箱梁底板平面布置圖所示。支反力可綜合反映結(jié)構(gòu)剛度和荷載分布情況，對(duì)比工況包括成橋狀態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)組合，由計(jì)算結(jié)果可知，成橋狀態(tài)下，單梁模型和梁格模型的支反力合計(jì)分別為68 912 KN、69 393 KN，差別為-0.7%，基本一致。單梁模型同一橋墩位置各支座反力較為均勻，偏差在4%以?xún)?nèi)。梁格模型中間2支座靠近主梁軸線布置，支反力要普遍大于邊支座a、d，受力更符合實(shí)際。

標(biāo)準(zhǔn)組合作用下，單梁模型和梁格模型的支反力合計(jì)分別為85 903 KN、90 902 KN，差別為-5.5%。單梁模型同一橋墩位置各支座反力較為均勻；梁格模型中墩93#處中間2支座的支反力比單梁模型大約23%～28%，邊墩94#處中間2支座支反力比單梁模型大約32～34%。

3.2 自重應(yīng)力對(duì)比分析

自重作用下梁格模型各縱梁截面應(yīng)力(取各梁肋截面中心位置)與單梁應(yīng)力結(jié)果見(jiàn)圖3所示。圖中拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)，橫坐標(biāo)為各梁肋中心應(yīng)力點(diǎn)的橫橋向坐標(biāo)，單位為m(Y坐標(biāo)原點(diǎn)位于路線設(shè)計(jì)線處)。

圖3 主梁自重作用應(yīng)力對(duì)比圖(單位：MPa)

自重作用下，邊梁和中梁受力較單梁模型要大，而次邊梁受力較單梁模型要小，這主要和支座布置有關(guān)。本橋各橋墩位置均設(shè)置4個(gè)支座，邊支座靠近邊梁外側(cè)，2個(gè)中支座靠近中梁。因此邊梁和中梁為兩跨連續(xù)梁受力，而次邊梁為彈性支承的兩跨連續(xù)梁受力，由于邊梁和中梁的支承剛度較大，因此自重荷載更多的由邊梁和中梁承受。

3.3 二期恒載應(yīng)力對(duì)比分析

本橋橋面鋪裝采用10 cm瀝青混凝土，中護(hù)欄荷載集度為10.4 KN/m，兩側(cè)邊護(hù)欄荷載集度為17.0 KN/m。下圖給出了二期恒載作用下各典型斷面梁格模型和單梁模型的結(jié)果對(duì)比。

圖4 二期恒載作用應(yīng)力對(duì)比圖(單位：MPa)

由圖4可知，二期恒載作用下，由于邊護(hù)欄荷載主要由邊梁承受，且邊梁下設(shè)置支座，支承剛度較大，因此邊梁受力要顯著大于其它各縱梁。而中梁上作用有中護(hù)欄荷載，因此中梁受力要略大于相鄰的次邊梁，二期恒載應(yīng)力橫向呈現(xiàn)明顯的空間分布。圖5給出調(diào)整支座位置對(duì)主梁應(yīng)力的影響。

圖5 調(diào)整邊支座位置梁肋應(yīng)力對(duì)比圖(單位：MPa)

由圖5可知，原設(shè)計(jì)邊支座位于邊梁外側(cè)，邊梁支承剛度較大，自重及二期恒載作用下，邊梁正應(yīng)力約8.3 MPa，大于次邊梁應(yīng)力6.6 MPa。而當(dāng)邊支座位置調(diào)整至次邊梁下方位置時(shí)，次邊梁變?yōu)閯傂灾С械膬煽邕B續(xù)梁，此時(shí)邊梁應(yīng)力僅6.5 MPa，而次邊梁應(yīng)力增至8.6 MPa。由此可見(jiàn)，梁格模型中，各縱梁受力與支座的橫向布置位置密切相關(guān)。

3.4 預(yù)應(yīng)力荷載作用應(yīng)力對(duì)比分析

本橋各梁肋除第1孔內(nèi)插的短腹板外，其余梁肋預(yù)應(yīng)力鋼束布置均相同，腹板束F1～F3分別采用12φs15.2、15φs15.2、12φs15.2鋼絞線，兩端張拉，錨固點(diǎn)位于主梁端部頂面。第1孔內(nèi)插的短腹板外腹板束均采用12φs15.2鋼絞線。

根據(jù)預(yù)應(yīng)力荷載作用下(鋼束一次+鋼束二次)梁格模型和單梁模型的結(jié)果對(duì)比，由于邊梁的抗彎慣性矩要小于中梁及次邊梁(以第2孔跨中位置為例，邊梁截面抗彎慣性矩僅為次邊梁的0.7倍)，因此在相同的預(yù)應(yīng)力鋼束布置下，邊梁預(yù)應(yīng)力作用產(chǎn)生的壓應(yīng)力要普遍大于其余梁肋。第2孔跨中位置邊梁壓應(yīng)力要比其余梁肋的平均應(yīng)力大約0.8 MPa,而第1孔跨中位置由于內(nèi)插短腹板僅設(shè)置腹板束，且型號(hào)較小，因此其預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)力要小于其余梁肋。

3.5 移動(dòng)荷載應(yīng)力對(duì)比分析

本橋橋面寬度從48.49 m變化至34.50 m，車(chē)道數(shù)為雙向八車(chē)道，移動(dòng)荷載采用車(chē)道荷載布置，并考慮了左側(cè)偏載、右側(cè)偏載和正載三種工況，取最不利值。圖6給出了移動(dòng)荷載作用下各典型斷面梁格模型和單梁模型的結(jié)果對(duì)比。

移動(dòng)荷載作用下箱梁各梁肋的空間效應(yīng)表現(xiàn)得更加明顯。第1孔和第2孔跨中位置，移動(dòng)荷載產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力邊梁分別是中梁的1.45倍和1.66倍。移動(dòng)荷載作用下邊梁最大應(yīng)力約1.2～1.4 MPa，其余梁肋最大應(yīng)力約0.8～1.0 MPa。

圖6 移動(dòng)荷載作用應(yīng)力對(duì)比圖(單位：MPa)

單梁模型不考慮偏載系數(shù)時(shí)的應(yīng)力值普遍比梁格模型的各縱梁應(yīng)力要小?？缰形恢脝瘟耗Ｐ蛻?yīng)力考慮約1.25的增大系數(shù)后，與梁格模型的平均應(yīng)力水平相當(dāng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

采用Midas Civil軟件對(duì)分岔式變寬箱梁采用剪力柔性梁格模型和單梁模型進(jìn)行了分析與對(duì)比，結(jié)論如下。

(1)單梁模型同一橋墩位置各支座反力較為均勻；而梁格模型同一橋墩位置中間支座支反力要大于邊支座。標(biāo)準(zhǔn)組合下，本橋中間支座支反力比邊支座大約23%～34%。

(2)梁格模型中，各縱梁受力與支座的橫向布置位置密切相關(guān)，縱梁越靠近支座，恒載作用下受力越大。如條件允許，應(yīng)盡量使各支座均勻布置與各縱梁之間，使各縱梁受力均勻。

(3)常規(guī)的計(jì)算方法移動(dòng)荷載取1.15的偏載系數(shù)對(duì)于某些寬箱梁橋是偏于不安全的，不能有效地反映偏載引起的邊梁受力增加情況。對(duì)于變寬或較寬的箱梁，計(jì)算邊梁時(shí)應(yīng)增大活載偏載系數(shù)或采用梁格法進(jìn)行計(jì)算。

(4)針對(duì)各縱梁受力差異可采用不同的配束方式，使得各縱梁保持相近的安全富余度。