超宽预应力混凝土箱梁的空间效应研究.pdf

2 0 1 5 年 8 月第 8期 城 市道桥 与防 洪 桥梁结构3 7 超宽预应力混凝土箱梁的空问效应研究 罗昊冲 ， 宋力勋 ( 天津市市政工程设计研究院 ， 天津市 3 0 0 4 5 7 ) 摘要： 超宽箱梁存在明显的空间效应， 主要变现为各条腹板受力的不均衡和明显的剪力滞效应。为了研究空间效应对箱梁纵 向受力的影响， 以一联变幅超宽预应力混凝土连续箱梁为例， 采用空间实体有限元模型进行了计算 ， 分析了箱梁各条腹板的受力 差异性和 箱梁截 面的剪力滞 效应 ， 得出 了一 些有益 的结论 ， 有 关经验 可供相关 专业人员 参考 。 关键词： 宽箱梁； 空间效应； 剪力滞 中 图分类 号 ： U 4 4 3 3 文献标 志码 ： A 文章编 号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 5) 0 8 - 0 0 3 7 - 0 3 0 引言 随着社会 经济 的快速发展 ，城 市化 进程不断 加 快 ， 城市快速路 系统发展 日益成熟 ， 目前多个城 市均发展各 自的快速路 系统 。而随着城市的快速 发展， 交通量也 日益提高 ， 超宽箱梁桥则成为城市 高架桥设计 的首选 ； 同时 ， 由于净 空的 限制 、 景观 的要求 ， 城市高架桥普遍设计为大悬臂。此类超宽 箱梁的特点有 ： 宽跨 比大 、 宽高 比大 、 梁 高低 、 翼板 宽。由于上述构造特点， 超宽箱梁在纵向受力方面 与传统箱梁有明显差异， 表现为明显的空间效应。 一 方面 ， 宽箱梁 的各条腹板受力较 为不均衡 ； 另一 方面 ， 宽箱梁表现 出较为明显 的剪力滞效应。 对于梁桥的纵向受力分析，传统的方法是采 用平面杆系的单梁法计算 ，该 方法 以平截面假定 为基础 ，只能得出箱梁截面同一高度 的平均应力 水平。该方法计算方便快捷 ， 精度可 以满足绝大部 分宽跨 比较小的直线桥梁 。但 是对于大悬臂超宽 箱梁，采用平面单梁模型进行分析可能会产生较 大偏差 。为 了研究空间效应 对超宽箱梁纵 向受力 的影响 ，本文 以长春市快速路工程 中的一联变 幅 超宽连续箱梁为背景 ，采用空间实体有限元模型 进行计算分析。 1 工程概况与计算模型 工程算例为 某工程 ( 3 3 + 3 5 + 3 3 ) m现浇 预应力 连续箱梁， 桥宽从 4 0 5 m到 2 9 7 m变化， 梁高 2 0 m， 断面形式为单箱七室， 流线型大悬臂设计。预应力 体系采用纵向预应力加桥面板横向预应力。混凝 收稿 日期 ： 2 o 1 5 0 4 0 9 作者简介： 罗昊冲( 1 9 7 6 一 ) ， 男， 广东番禺人， 高级工程师， 从事桥 梁设计 工作 。 土强度等级为 C 5 0 ，采用整体支架现浇法施工， 横 断面见图 1 。 图 1 箱 梁横断 面图( 单位 ： c m ) 本 文采 用空 间有 限元程 序 MI D A S F E A 建立 全桥实体模 型计算分析。由于结构横桥 向对称 ， 模 型只取横桥向一半结构 ，对称 中心面采用相应约 束 ， 计算模型见 图 2 。计算考虑了 自重 、 二期恒 载 、 预应力、 梯度温度等荷载工况。 图2 全桥实体有限元模型 2 超宽箱梁各腹板受力差异的分析 对 于超宽桥梁 ， 腹板数较 多 ， 各 腹板 之间的受 力差异也较大。本文针对实体分析的应力结果 ， 在 各腹板范围内进行积分求得了各腹板所承受的弯 矩和剪力值。考虑的纵向截面位置见图 3 ， 横截面 的腹板编号见 图 4 ， 自重及二期作用和纵 向预应力 作用下各腹板 的弯矩值和剪力值见 图 5 。 图 3 顺桥 向截面位 置示意 图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年 8 月第 8期 城 市道桥与 防洪 桥梁结构3 9 l l 一 3 - 5 截面l 顶缘纵 向正应力延横 向的分布 一自重 + 二期 ( a ) 截面2 顶缘纵向正应力延横向的分布 0 。 “一 。 1_ 一 、 一， 一 ， 、 、 一， ， 自_重+ 二期 一 2 一 ， 、 一， 、 ， 一 ， ， 一目重 二 期 ： i 一， 一 二 力 _ 。 _ - l - -一 叫 = 。 阻载 组 苗 ： 二 三 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 三 正 梯 度 温 度 1 0 lll _l |l ( b ) 5 截面3 顶缘纵向正应力延横 向的分布 u 一， 一 一 。- 、一- 一 。 ： 鱼 自重+ 二期 纵 向预应力 恒载组合 一 1 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 正 梯 度 温 度 ( C ) O 一 1 2 3 - 4 恒载组合 正梯度温度 ( d) 图 6 各 截面顶 缘纵 向正应 力延横 向的分布 表 2 各截 面的最 大剪力滞 系数 支点截面的剪力滞系数在 1 1 91 3 6 之间；跨中 截面则较 小 ， 不超过 1 0 7 。梯度温度作用下的剪力 滞 系数较 大 ， 在 1 2 8 1 5 6之间。 4 结论 ( 1 ) 对 于超宽箱梁 ， 跨 中截面各腹板 的受力差 异不 明显 ， 但支点附近差异则较大 。支点处弯矩偏 差接近 1 2 ， 而剪力偏差甚至超过 4 0 。 ( 2 ) 在恒载组合工况下 ， 支点截 面表 现出明显 的正剪力滞效应 ， 剪力滞系数在 1 1 9 1 3 6之间 ； 而跨中截面的剪力滞效应较弱， 不超过 1 0 7 。 ( 3 ) 用平 面单梁模 型进行 分析设计 时 ， 支点附 近的配筋和应力控制须预留适当的富余度，尤其 是抗剪设计需要足够保守。 参考 文献 【 1 】 彭德运， 丁敬， 李正 城市高架桥连续宽箱梁空间效应研究f J 公 路， 2 0 1 2 ( 8 ) ： 1 4 2 1 4 6 2 】兰 昌荣， 杨允 表 大悬 臂扁平 多室 箱梁 结构 的空 间分 析【 J 1 上 海 公路， 2 0 1 0 ( 2 ) ： 4 0 4 3 3 】 曲慧明 宽箱粱剪力滞效应分析【 D 】 重庆： 重庆交通学院， 2 0 0 3 + 十 十 十 _ _ t 十 中 千 中 P t 卞 t 中 t 中 十 中 十 七 七 卞 十 千 七 十 中 十 十 中 中 t t ( 上接 第 3 2页 ) 表 1 四种结构体 系的 受力特点和 比较 2 】 吴巨军 江山市迎宾大桥设计 J J 世界桥梁， 2 o o 6 ( 1 ) ： 1 7 1 9 参考 文献 3 1 谢 维 鎏 福建 龙溪 洲 闽江大 桥设 计 J 】 _ 桥梁 建设 ， 2 0 0 5 ( 1 ) ： 1 9 2 1 1 1 S e r a fi m G A R ZO U MA N I D I S R e p l a c e m e n t o f t h e Wo o d r o w Wil s o n 【 4 】 栗勇 V型 墩 一连 续梁结 构设计l J 城市道 桥与 防洪， 2 0 1 2 ( 5 ) ： Me m o r i a l B r i d g e B a s c u l e S p a n I A B S E S y mp o s i u m R e p o r t ,2 0 0 6 ( 1 2 ) 7 3 7 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m