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        鋼束對空心板橋梁橫向分布系數(shù)的影響

        2021-10-27 05:51:24魏保平
        城市道橋與防洪 2021年9期
        關(guān)鍵詞:中板格法板梁

        魏保平

        (中國中元國際工程有限公司,北京市 100089)

        0 引言

        目前計(jì)算空心板的橫向分布系數(shù)常用的方法包括:(1)利用橋博橫向分布計(jì)算模塊計(jì)算;(2)基于通用有限元軟件建立梁格模型,通過每片梁的撓度反算各片主梁的橫向分布系數(shù)。方法(2)的通用性強(qiáng)于方法(1),但建模工作量較大。方法(2)中,在計(jì)算每片主梁的撓度過程中,可以考慮板梁預(yù)應(yīng)力束等因素對其豎向剛度的影響,得出更細(xì)分的撓度值和分布系數(shù)值。常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中,一般不考慮板梁預(yù)應(yīng)力束對其橫向分布系數(shù)的影響。鑒于預(yù)應(yīng)力束會(huì)提高板梁的豎向剛度,文中以一座簡支空心板梁橋?yàn)槔?,對空心板的不同配束情況,通過梁格法得到的跨中位移計(jì)算出橫向分布系數(shù),并與橋博中鉸接板梁法計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行校核,以研究預(yù)應(yīng)力束對其橫向分布系數(shù)的影響。

        1 工程概況

        某橋簡支空心板梁預(yù)制梁長為15.96 m,計(jì)算跨徑為15.46 m,梁高0.8 m,邊梁梁寬1.95 m,中梁梁寬1.24 m,梁間現(xiàn)澆濕接縫寬0.1 m,橋面寬25.25 m,橋面布置為1.25 m(給水管道)+4.5 m(人行道)+7.5 m(機(jī)動(dòng)車道)+7.5 m(機(jī)動(dòng)車道)+ 4.5 m(人行道)。由2 片邊梁、17 片中梁和18 道現(xiàn)澆縱向濕接縫組成。預(yù)制和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)均采用C50 混凝土,預(yù)應(yīng)力鋼束采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為fpk=1 860 MPa 的鋼絞線。空心板梁截面構(gòu)造如圖1、圖2 所示(僅示意跨中截面)。

        圖1 中板跨中截面(單位:mm)

        圖2 邊板跨中截面(單位:mm)

        2 使用橋博進(jìn)行橫向分布系數(shù)的求解

        首先采用橋博軟件中的“橫向分析”計(jì)算功能對本橋按“鉸接板梁法”進(jìn)行橫向分布系數(shù)的求解。采用Midas Civil 中自帶的“截面特性計(jì)算器”計(jì)算各截面的抗彎剛度和抗扭剛度。

        考慮車道折減會(huì)影響各主梁的橫向分布情況,故分別求得多車道汽車橫向分布系數(shù),見表1(考慮車道折減系數(shù))。可以看到,在考慮車道折減系數(shù)的情況下,車道數(shù)越多,其橫向分布不一定越大。這在設(shè)計(jì)中值得注意。另外,1 號(hào)邊板的橫向分布系數(shù)值小于19 號(hào)邊板,是由1 號(hào)邊板其上布置有管架,車道荷載離其較遠(yuǎn)所致。

        表1 橋博計(jì)算橫向分布系數(shù)

        3 建立梁格分析模型

        基于Midas Civil 建立該簡支空心板梁的空間梁格等效分析模型,19 片縱梁模擬成縱向梁單元,18道縱向濕接縫通過虛擬橫梁連接,并釋放橫梁梁端約束。本文考慮以下3 種空心板鋼束布置情況(鋼束形狀參照公路橋涵通用16 m 空心板):

        (1)邊板2 根3*Φ15.2 和2 根4*Φ15.2,中板4根3*Φ15.2(以下簡稱“鋼束1”)。

        (2)邊板4 根4*Φ15.2,中板2 根3*Φ15.2 和2根4*Φ15.2(以下簡稱“鋼束2”)。

        (3)邊板2 根4*Φ15.2 和2 根5*Φ15.2,中板4根4*Φ15.2(以下簡稱“鋼束3”)。

        全橋工劃分991 個(gè)節(jié)點(diǎn)和1 222 個(gè)單元,等效分析空間梁格模型如圖3 所示。

        圖3 空心板梁模型

        4 梁格模型橫向分布系數(shù)求解

        為方便與橋博計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,本模型僅考慮4 車道作用下各板的荷載效應(yīng)情況,同時(shí)也考慮車道荷載折減的影響,對于邊板來說,得出的結(jié)果不是其最不利的工況。運(yùn)行Midas Civil 結(jié)構(gòu)模型,得到各主梁在車道荷載作用下的撓度,并計(jì)算相應(yīng)的橫向分布系數(shù)。考慮本橋的梁板數(shù)較多,本文僅對1 號(hào)邊板(管架側(cè)),9 號(hào)、10 號(hào)、11 號(hào)中板,19 號(hào)邊板作為主要研究對象。在左邊載作用下,為1 號(hào)邊板、9號(hào)中板的最不利布載位置,主梁的撓度見表2。在中載作用下,得到10 號(hào)中梁的最大撓度,主梁的撓度見表3。在右邊載作用下,為11 號(hào)中板、19 號(hào)邊板的最不利加載位置,主梁的撓度見表4。

        表2 左邊載作用下的主梁跨中撓度

        表3 中載作用下的主梁跨中撓度

        表4 右邊載作用下的主梁跨中撓度

        通過對各主梁的最不利位置進(jìn)行加載,得到它們的撓度值。然后依據(jù)撓度與橫向分布系數(shù)的比值關(guān)系,求出不同鋼束數(shù)量情況下,主梁的橫向分布系數(shù)值(考慮車道折減系數(shù)),見表5。

        表5 梁格法計(jì)算橫向分布系數(shù)

        由表5 計(jì)算出的橫向分布結(jié)果可以推斷,梁格法模型中鋼束數(shù)量的變化對空心板梁的橫向分布有影響,但是很小,在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中可以忽略。同時(shí)對較寬的橋梁結(jié)構(gòu),邊板有隨鋼束增加,其橫向分布減小的趨勢;而中板隨鋼束增加,其橫向分布增加。主要原因是鋼束增加,其自身剛度加強(qiáng),能承擔(dān)更多的車道荷載。與邊板相比,對作用其上的中板撓度值減少幅度小于邊板。也就是說,鋼束的增加對車道荷載作用下的中板的橫向分布效應(yīng)影響更為明顯。

        由表6、圖4 可知。與Midas Civil 梁格法計(jì)算的結(jié)果相比,橋博計(jì)算的結(jié)果表現(xiàn)出各板的橫向分布更為均勻。這可能主要是因?yàn)镸idas Civil 中模擬的橫向連系梁的剛度取值和橋博不同,或者本模型的橫向連系梁的截面特性還有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。如果考慮橋梁上部結(jié)構(gòu)的二期鋪裝,將使計(jì)算的結(jié)果更偏向于橋博的取值。

        圖4 橫向分布系數(shù)分布圖

        表6 橋博法與梁格法計(jì)算橫向分布系數(shù)結(jié)果比較

        5 結(jié)語

        對比不同鋼束下空心板橫向分布的數(shù)值可以看出,適當(dāng)鋼束數(shù)量的改變對板梁自身略有影響,但是很小,實(shí)際設(shè)計(jì)過程中可以忽略。從橋博法計(jì)算和梁格法計(jì)算的結(jié)果對比可以得到,橋博中計(jì)算空心板的橫向分布的均勻性更好,邊板大于Midas Civil 計(jì)算的數(shù)值,中板小于Midas Civil 中計(jì)算的數(shù)值,實(shí)際設(shè)計(jì)中,采用橋博法計(jì)算的中板橫向分布是偏于不利的,對中板橫向分布的取值可以適當(dāng)增加。

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