馮琳琳

(廣東和立土木械程有限公司，廣東 廣州 511400)

0 引 言

因具備較好的整體性以及較強(qiáng)的適應(yīng)性等，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋在橋梁建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用[1]。隨著橋梁的建橋技術(shù)的不斷拔高，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋在使用時(shí)出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行更深一步的研究分析可知，其在設(shè)計(jì)時(shí)的參數(shù)取值合理性直接關(guān)乎結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合理性。故對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)開展進(jìn)一步的研究有著非常重要的意義。

1 設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分配的影響分析

在對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析之前，需要先確定結(jié)構(gòu)內(nèi)力分配的影響參數(shù)，基于橋梁設(shè)計(jì)過程的彎矩計(jì)算公式可知，橋梁總跨長L，邊主跨比值m，墩梁線剛度比值n是影響連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)內(nèi)力分配的主要參數(shù)。以主梁下緣受拉代表主梁正彎矩，以墩身左側(cè)受拉代表墩柱正彎矩。

1.1 邊主跨比值

控制總跨徑不變，以0.4作為墩梁線剛度比，研究變量邊主跨比值的影響,如圖1所示。

圖1 不同邊主跨比值的影響

基于所研究對(duì)象為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，為便于分析，本文僅取其部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。從圖1可知，隨著不斷增加的m值，除了邊跨跨中彎矩值之外，其余界面的彎矩均表現(xiàn)出不斷降低的規(guī)律。邊跨和主跨各自的跨中區(qū)域及墩梁固結(jié)左右兩側(cè)的關(guān)鍵界面彎矩差隨著不斷增加的m值均表現(xiàn)出先降低后上升的規(guī)律[2,3]。從圖1中可知，在0.8的m值下，邊跨和中跨跨中，墩梁固結(jié)左右側(cè)及墩頂位置處的彎矩差值均處于最小值，因此若施工現(xiàn)場(chǎng)有條件限制，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在0.6～0.8的范圍選取m值。

1.2 墩梁線剛度比例

控制總跨徑不變，以0.8作為m值，選取變量為墩梁線剛度比值n，如圖2所示。

圖2 墩梁剛度比值不同時(shí)各控制截面的彎矩

從圖2可知，各控制截面隨著不斷增加的n值除了在墩頂以及墩梁固結(jié)處的彎矩有較小上升之外，其余各區(qū)域并沒有明顯的變化趨勢(shì)。各截面彎矩在不斷增加的n值下僅出現(xiàn)較小的波動(dòng)，但當(dāng)n值為0.2～0.3時(shí)各個(gè)截面的彎矩有最小的波動(dòng)，故可按照0.2～0.3的線剛度比進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 有限元分析

本文以某五跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)檠芯繉?duì)象進(jìn)行建模分析。主橋有限元模型如圖3所示。控制橋梁跨徑及其他參數(shù)不變，研究在連續(xù)剛構(gòu)橋模型下其他設(shè)計(jì)參數(shù)變化時(shí)對(duì)橋梁的影響。以普通梁?jiǎn)卧鳛橹髁旱绕渌Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)單元，以剛性連接的方式進(jìn)行主梁和主墩的連接，并將支座設(shè)置在邊跨位置，以固結(jié)的方式連接承臺(tái)。

圖3 主橋有限元模型

2.1 邊主跨比對(duì)結(jié)構(gòu)的影響

基于上文對(duì)橋梁關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)的探討，本文將通過有限元模型分析的方式，進(jìn)一步研究邊主跨比對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋的影響。限于篇幅，本文僅列出部分?jǐn)?shù)據(jù),見表1。

表1 邊、主跨比對(duì)梁體彎矩的影響分析

在對(duì)橋梁的彎矩進(jìn)行分析后可發(fā)現(xiàn)，在控制其他參數(shù)保持一定的前提下，除了邊跨處的截面有所增長之外，其他截面在不斷增加的邊，主跨比值下均表現(xiàn)出先降低后上升的趨勢(shì)，在墩梁固結(jié)位置上有邊跨反彎點(diǎn)在移動(dòng)，其余截面彎矩則均有所降低。

對(duì)其剪力進(jìn)行分析可知，除了跨中主梁剪力隨著邊主跨比值的上升而有所增加之外，其余截面的剪力均表現(xiàn)出不斷降低的趨勢(shì)。其中墩梁固結(jié)處的右側(cè)主梁有最為顯著的降低趨勢(shì)[4]。

對(duì)該橋梁各關(guān)鍵截面的應(yīng)力進(jìn)行分析可知，除了邊跨主梁應(yīng)力最大值隨著不斷增加的邊主跨比值而有所增加之外，其余控制截面的應(yīng)力均表現(xiàn)出較為顯著降低的規(guī)律，其中主跨跨中截面的降低趨勢(shì)最為顯著。

綜上所述可知，在僅改變邊主跨比的前提下，邊跨主梁的彎矩以及剪力均有所降低，主跨主梁的彎矩隨之有所降低，但其剪力則無顯著變化；邊跨和跨中橋墩墩頂彎矩以及剪力的變化相同；墩梁固結(jié)處主梁左邊內(nèi)力有較為顯著的增長，而其右側(cè)則有所降低；除去邊跨主梁以及墩梁固結(jié)處的應(yīng)力有所增長之外，其余截面應(yīng)力均有所下降；因此，在考慮連續(xù)剛構(gòu)橋的受力以及變形影響的前提下，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將邊主跨比選取在0.67以下。

2.2 根部梁高與跨中梁高比值的影響

同理，以上述方法分析根部與跨中梁高的比值r對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋的影響，如圖4所示。

圖4 不同根部與跨中梁高比值與主梁撓度的關(guān)系

對(duì)各關(guān)鍵截面的彎矩變化進(jìn)行分析可知，在僅增加r的情況下，除了墩梁固結(jié)處主梁左右兩側(cè)的彎矩有所增加之外，其余位置的彎矩均表現(xiàn)出不斷降低的趨勢(shì)，此外，邊跨和主跨以及墩梁固結(jié)左右兩側(cè)的彎矩差值均在不斷降低[5]，可知對(duì)于橋梁的承載性能而言，使主梁梁高適當(dāng)增大可使其有所提高。

根據(jù)剪力變化情況可知，在僅提高r的情況下，墩梁固結(jié)處的右側(cè)以及跨中位置處的剪力有所降低，其他截面則均有所增加。

根據(jù)應(yīng)力變化情況可知，除了邊跨墩頂應(yīng)力隨著r值的提高而有所提高之外，其他截面的應(yīng)力均表現(xiàn)出現(xiàn)不斷程度的降低，其中降低程度最為顯著的則是主跨跨中以及墩梁固結(jié)右側(cè)截面；邊跨和主跨主梁截面的最大應(yīng)力差值表現(xiàn)出不斷降低的趨勢(shì)。

綜上可知，僅提高r值能夠使墩梁固結(jié)處主梁彎矩有所提高，而其他截面彎矩則有所降低；邊跨跨中以及墩梁固結(jié)左側(cè)剪力增長較為顯著，而其右側(cè)則有較為顯著的降低；除邊跨截面應(yīng)力有所上升之外，其余截面應(yīng)力及撓度均有所減小。

2.3 梁底曲線冪次數(shù)的影響

對(duì)橋梁彎矩進(jìn)行分析可知，在僅改變梁底曲線冪次數(shù)的情況下，邊跨，跨中以及墩頂?shù)膹澗鼐S其增大而表現(xiàn)處先上升后降低的變化規(guī)律，在墩梁固結(jié)處的左右兩邊則有較為顯著的彎矩降低趨勢(shì)，跨中墩頂彎矩表現(xiàn)出較為平緩的降低規(guī)律。

表2 梁底曲線冪次數(shù)對(duì)主梁和主墩彎矩分配的影響

對(duì)各截面剪力進(jìn)行分析可知，主梁及主墩截面剪力隨著不斷增加的梁底曲線冪次數(shù)表現(xiàn)出階梯狀降低的規(guī)律；對(duì)各截面應(yīng)力進(jìn)行分析可知，邊跨主梁隨著不斷提高的梁底曲線冪次數(shù)表現(xiàn)出不斷增加的趨勢(shì)，而主跨主梁的最大應(yīng)力則隨著不斷增加的梁底曲線冪次數(shù)表現(xiàn)出先降低后提高的規(guī)律，墩梁固結(jié)的左右兩邊應(yīng)力均表現(xiàn)出不斷降低的規(guī)律，邊跨和跨中應(yīng)力則表現(xiàn)出階梯狀降低規(guī)律[6]。

綜上，在僅提高梁底曲線冪次數(shù)的情況下，邊跨和主跨，墩梁固結(jié)左右兩邊的內(nèi)力均表現(xiàn)出不斷降低的規(guī)律，而其邊跨的墩頂內(nèi)力則表現(xiàn)出先降低后上升的規(guī)律，中跨墩頂內(nèi)力則表現(xiàn)出不斷降低的規(guī)律；邊跨主梁應(yīng)力有所上升，主跨主梁應(yīng)力則先降低后上升，其余截面則均表現(xiàn)出持續(xù)降低的規(guī)律；邊跨和主跨撓度隨著不斷提高的冪次數(shù)均表現(xiàn)出不斷提高的規(guī)律。故在上述分析基礎(chǔ)上，建議在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)時(shí)采用較小的梁底曲線冪次數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 結(jié)束語

基于上述研究結(jié)論，可以根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋在設(shè)計(jì)時(shí)首先需要明確的總跨長，邊跨和主跨的比值，得出主要的梁墩結(jié)構(gòu)尺寸，最后再通過對(duì)其梁底曲線冪次數(shù)的調(diào)整使整個(gè)結(jié)構(gòu)具備足夠的合理性。通過上述分析，本文主要得出以下結(jié)論：

(1)通過對(duì)僅以邊，主跨比值為變量的分析可知，基于預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨和墩梁固結(jié)彎矩應(yīng)小于主跨彎矩的原則，基本確定應(yīng)使邊跨和主跨的比值小于0.67。

(2)通過對(duì)僅以根部和跨中梁高比值為變量的分析可知，綜合考慮到結(jié)構(gòu)內(nèi)力，應(yīng)力以及撓度分配與關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)之間的關(guān)系，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選取較大的根部與跨中梁高比值。

(3)通過對(duì)僅以梁底曲線冪次數(shù)為變量的分析可知，基于對(duì)應(yīng)力及撓度的考慮，應(yīng)使梁底曲線冪次數(shù)的取值盡可能小，建議應(yīng)小于2.3。