支曉飛

（安徽開(kāi)源路橋有限責(zé)任公司,安徽 合肥 230088）

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，橋梁建造技術(shù)得到了飛躍式發(fā)展。大跨徑橋梁中常用的結(jié)構(gòu)形式有T 型剛構(gòu)、連續(xù)梁和連續(xù)剛構(gòu)，其中連續(xù)剛構(gòu)橋[1-3]在施工中不存在體系轉(zhuǎn)換，主墩無(wú)支座，全橋伸縮縫只有兩道，行車(chē)舒適性較好，并且順橋向的抗彎剛度和橫橋向的抗扭剛度均較大，能滿足大跨徑橋梁的受力要求，受溫度及混凝土收縮徐變較小，因此被廣泛地運(yùn)用于工程中。

關(guān)于連續(xù)剛構(gòu)橋的研究及應(yīng)用有許多，其中蔡建明[4]等人基于實(shí)際的工程對(duì)高墩剛構(gòu)橋進(jìn)行研究，提出相關(guān)設(shè)計(jì)方法為類(lèi)似工程提供參考價(jià)值。游鑫[5]基于實(shí)際的工程對(duì)大跨高低墩連續(xù)剛構(gòu)橋的施工及主墩的受力進(jìn)行研究，結(jié)果表明當(dāng)高低墩剛構(gòu)橋的墩高比為1 ∶2 時(shí)，選擇柔度較大的雙肢薄壁墩和組合式墩更好。李樂(lè)天[6-7]等人以實(shí)際的工程案例背景對(duì)高低墩大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋的力學(xué)行為進(jìn)行研究，研究表明高墩比是影響主墩內(nèi)力的主要影響因素，并且發(fā)現(xiàn)混凝土的容重對(duì)主梁的擾度影響較大。劉明[8]結(jié)合大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋常見(jiàn)的病害對(duì)大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行研究，結(jié)果表明在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意對(duì)預(yù)應(yīng)力束、箱梁尺寸及配筋等的設(shè)計(jì)，以防止裂縫、下擾等病害的產(chǎn)生。梁榮[9-10]等人通過(guò)實(shí)際的工程案例對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋的施工技術(shù)進(jìn)行研究，提出保障架構(gòu)合攏精度、成橋線形與受力狀態(tài)的措施?，F(xiàn)有的研究已取得一定成果，但在數(shù)值模擬的分析方面還存在一些不足。

為此，該文在現(xiàn)有的研究成果基礎(chǔ)上，借助有限元軟件對(duì)高低墩大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋的剛度設(shè)計(jì)及主梁受力性能進(jìn)行研究，希望該文的研究能為行業(yè)的發(fā)展提供參考價(jià)值。

1 大跨度剛構(gòu)橋的剛度設(shè)計(jì)分析

該文采用Midas Civil 有限元軟件建立連續(xù)剛構(gòu)橋梁模型，該次建模根據(jù)實(shí)際的工程案例進(jìn)行，工程中的主梁采用二次拋物線變高的單箱單室箱梁截面，箱梁的頂寬為10.2 m，梁底寬度為8.2 m，主墩的墩頂處2 個(gè)為13.6 m，主跨的梁高為7.1 m，主墩中的頂板的厚度為0.65 m，腹板的寬度為1.20 m，底板的厚度為1.20 m；主梁中頂板的厚度為0.65 m，腹板的寬度為0.6 m，底板的厚度為0.55 m。該工程中的橋梁分為三跨，長(zhǎng)度分別為98 m（小里程邊跨）、192 m（中跨）和94 m（大里程邊跨），在模型中主梁和墩身均采用空間梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，梁墩之間采用主從的關(guān)系進(jìn)行處理，主墩下部的群樁基礎(chǔ)轉(zhuǎn)化為墩底彈性支承，荷載采用均布荷載分配到主梁?jiǎn)卧戏?，模型的三維圖如圖1 所示。

圖1 大跨度剛構(gòu)橋剛度分析三維模型圖

1.1 梁高的剛度影響分析

為分析不同的梁高對(duì)高低跨大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋剛度的影響，該文模型分析是在保證梁寬不變的情況下設(shè)置五組不同的梁高進(jìn)行分析，其中箱梁的梁頂寬為10.2 m，梁底寬為8.2 m，梁高分別為6.5~13.0 m、6.7~13.2 m、6.9~13.4 m、7.1~13.6 m、7.3~13.8 m，另外頂板的板厚為650 mm，底板的厚度為0.55~1.2 m，腹板的厚度為0.6~1.2 m 保持不變，具體的結(jié)果如表1 所示。

表1 梁高對(duì)剛度的影響結(jié)構(gòu)表

從表1 中可以看出，在保持連續(xù)剛構(gòu)橋梁寬不變的情況下，隨著梁高的增加，結(jié)構(gòu)的第一階段周期逐漸增大，第二階段周期逐漸減小，對(duì)第三階段的周期影響不大；從跨中的豎向擾度及橫向水平位移可以看出，梁高的增加，在荷載作用下結(jié)構(gòu)的跨中豎向擾度逐漸減小，對(duì)跨中橫向水平位移的影響較小，由此可見(jiàn)梁高為連續(xù)剛構(gòu)橋的跨中豎向擾度影響較大，梁高的增加，能明顯提高結(jié)構(gòu)的剛度。

1.2 梁寬的剛度影響分析

為分析不同的梁寬對(duì)高低跨大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋剛度的影響，該文模型分析時(shí)在保證梁高不變的情況下設(shè)置7組不同的梁寬進(jìn)行分析，其中梁高由跨中7.1 m 按二次拋物線逐漸變至支點(diǎn)梁高13.6 m，箱梁的梁寬分別為梁頂寬10.2 m，梁底寬8.6 m；梁頂寬10.2 m，梁底寬8.4 m；梁頂寬10.2 m，梁底寬8.2 m；梁頂寬10.2 m，梁底寬8.0 m；梁頂寬10.2 m，梁底寬7.8 m；梁頂寬10.4 m，梁底寬8.2 m；梁頂寬10.6 m，梁底寬8.2 m；另外頂板的板厚為650 mm，底板的厚度為0.55~1.2 m，腹板的厚度為0.6~1.2 m 保持不變，具體的結(jié)果如表2 所示。

表2 梁寬對(duì)剛度的影響結(jié)構(gòu)表

從表2 中可以看出，在保持連續(xù)剛構(gòu)橋梁高不變的情況下，隨著梁寬的增加，結(jié)構(gòu)的第一階段周期逐漸增大，可以發(fā)現(xiàn)梁底寬度的增加對(duì)第一階段周期的影響較大；在梁頂寬度不變的情況下對(duì)第二階段周期幾乎不影響，說(shuō)明梁底寬度的增加對(duì)第二周期的影響不大，梁頂寬度的增加對(duì)第二周期有一定的影響；在梁頂寬度不變的情況下第三周期隨梁底寬度的增加而增大，在梁底寬度不變時(shí)隨梁頂寬度的增大而減小；從跨中的豎向擾度及橫向水平位移可以看出，當(dāng)梁頂寬度一致時(shí)，隨著梁底寬度的增加，跨中豎向擾度和橫向水平逐漸增大，當(dāng)梁底寬度一致時(shí)，隨著梁頂寬度的增加，跨中豎向擾度和橫向水平位移逐漸減少，說(shuō)明增加梁頂寬度比增加梁底寬度對(duì)結(jié)果更有利。

2 主梁受力性能分析

該工程在進(jìn)行施工時(shí)，主橋梁梁體采用懸臂灌注法進(jìn)行施工，主梁的合龍是采用先現(xiàn)澆合龍邊梁，后合龍中梁的施工順序進(jìn)行施工，施工中的主梁使用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C55。該文通過(guò)數(shù)值模擬分析主梁在施工階段和運(yùn)營(yíng)階段的受力性能，為進(jìn)一步分析，對(duì)模型中進(jìn)行墩頂編號(hào)，如圖2 所示。 模擬計(jì)算時(shí)的恒載包括結(jié)構(gòu)自重、預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮 徐變、二期恒載及基礎(chǔ)的不均勻沉降；主力包括活載、 附加力由縱橋向附加力和橫橋向附加力。

圖2 主梁數(shù)值模擬墩頂編號(hào)圖

2.1 主梁的豎向剛度分析

通過(guò)數(shù)值模擬軟件對(duì)施加活荷載情況下的主梁豎向剛度進(jìn)行分析，具體的結(jié)果如表3 所示。

表3 主梁的剛度分析結(jié)果表

從表3 中可以看出，在列車(chē)豎向靜活載的作用下，主梁的剛度能滿足規(guī)范的要求。

2.2 施工階段主梁的應(yīng)力分析

該文通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)主梁在施工階段的應(yīng)力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，具體結(jié)果如表4 所示。

表4 主梁施工階段的應(yīng)力結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

從表4 中可以看出，在施工階段主箱梁的最大壓應(yīng)力和最小壓應(yīng)力能滿足規(guī)范要求。

2.3 運(yùn)營(yíng)階段主梁的應(yīng)力分析

該文根據(jù)有限元軟件對(duì)主梁在主力組合作用下和主加附組合作用下的正截面混凝土壓應(yīng)力進(jìn)行分析，具體的結(jié)果如表5 所示。其中的主力組合包括兩種兩組荷載組合分別為結(jié)構(gòu)自重+預(yù)應(yīng)力+混凝土收縮徐變+二期恒載+活載和結(jié)構(gòu)自重+預(yù)應(yīng)力+混凝土收縮徐變+二期恒載+不均勻沉降+活載，在該荷載組合下，混凝土的壓應(yīng)力應(yīng)不大于0.5 fc并且不能出現(xiàn)拉應(yīng)力，主加附加組合也包括兩組荷載組合分別為主力+橫橋向附加力和主力+縱橋向附加力，在該組合下，混凝土的壓應(yīng)力應(yīng)不大于0.55 fc并且不能出現(xiàn)拉應(yīng)力，最不利的荷載組合分別為主力、主力+附加力進(jìn)行組合。

表5 主梁運(yùn)營(yíng)階段的應(yīng)力結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

從表5 中可以看出，在運(yùn)營(yíng)階段主箱梁的最大壓應(yīng)力和最小壓應(yīng)力能滿足規(guī)范要求。

另外該文通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)主梁的正應(yīng)力進(jìn)行分析，具體的結(jié)果如表6 所示。

表6 主梁截面的正應(yīng)力模擬計(jì)算結(jié)果表

從表6 中可以看出，在運(yùn)營(yíng)階段主箱梁的截面正應(yīng)力能滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)論

該文通過(guò)有限元軟件對(duì)高低墩大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋的剛度設(shè)計(jì)及主梁受力性能進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明：增加主箱梁的梁高比梁寬對(duì)提高結(jié)構(gòu)的剛度更有效，梁高的增高能顯著減小主梁跨中豎向擾度和橫向水平位移值，從主梁的受力分析可以發(fā)現(xiàn)在施工過(guò)程中主跨的合龍能滿足要求，在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中主梁僅小范圍出現(xiàn)拉應(yīng)力，其余均為壓應(yīng)力，也能滿足規(guī)范要求。該文僅對(duì)大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋的部分內(nèi)容進(jìn)行研究，有關(guān)研究還有待進(jìn)一步深化。