獨柱式小半徑PC連續(xù)梁橋受力優(yōu)化設(shè)計

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1計算分析

1.1計算模型

利用有限元計算分析方法，采用空間梁單元模型進行分析計算，將梁沿行車方向分成若干個梁單元。為保證建模的正確性，建模時確保支點約束條件與支座的類型保持一致，來分析主梁在自重工況、自重+活載工況下，各支座的反力分布情況。根據(jù)該橋結(jié)構(gòu)特點、預應(yīng)力束布置方式以及施工特點，采用MadisCivil2010計算軟件進行建模分析。

1.2計算參數(shù)取值

該橋采用逐孔澆注混凝土，逐孔張拉預應(yīng)力鋼束的方法進行施工，計算時按照實際施工步驟進行建模計算。計算參數(shù)取值如下:基礎(chǔ)不均勻沉降按照2.0mm取值，橋面板日照溫差按照《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTGD60－2004)規(guī)定取值，混凝土彈性模量為3.45×104MPa，預應(yīng)力鋼絞線的彈性模量為1.95×105MPa，錨下張拉控制應(yīng)力為1395MPa，孔道摩阻系數(shù)為μ=0.17(塑料波紋管)，孔道偏差系數(shù)為K=0.0015，一端錨具變形及鋼束回縮值為0.006m。

1.3計算結(jié)果分析

計算結(jié)果通過最具有代表性的各支座支反力來說明主梁在不同工況下的受力情況。各工況劃分如下:

(1)工況一為第一施工階段，第一孔張拉完畢;

(2)工況二為第二施工階段，第二孔張拉完畢;

(3)工況三為第三施工階段，第三孔張拉完畢;

(4)工況四為第四施工階段，二期恒載施工完畢;

(5)工況五為使用階段;。通過上述計算分析可看出，不同工況下，無論是施工階段還是成橋運營階段，內(nèi)外側(cè)支反力均存有差值，由此反映出梁體本身在不同的施工階段均承受較大的扭矩。

2實測結(jié)果分析

為了驗證設(shè)計成果和計算結(jié)果的準確度，成橋后，該橋進行了公路－Ⅰ級等代荷載試驗，對各墩頂支反力進行了實測，并與計算結(jié)果進行了對比分析。計算結(jié)果與實測結(jié)果對比取用兩種工況狀態(tài)下進行比較:

(1)工況一:成橋后恒載狀態(tài);

(2)工況二:成橋后采用公路－Ⅰ級等代荷載進行加載。通過實測數(shù)據(jù)與計算結(jié)果的對比可以看出，恒載狀態(tài)下，計算支反力與實測支反力差別不大，基本一致;采用公路－Ⅰ級等代荷載加載后，計算支反力與實測支反力有差別，但差別不大，經(jīng)分析，差別主要是由于實際加載過程與程序中的理想狀態(tài)加載還是有一定誤差，包括荷載重量、車距等。本橋通過采取一定的構(gòu)造措施，合理的預應(yīng)力束布置和合理的施工方法，使得內(nèi)外側(cè)支座支反力在正常使用狀態(tài)下趨于平衡，從而最大程度的避免了目前小半徑預應(yīng)力彎梁橋使用過程中所出現(xiàn)的支座脫空現(xiàn)象，使得彎橋內(nèi)外側(cè)支點反力趨于均勻，具備了最大程度的壓力安全儲備。設(shè)計中通過采取一定的構(gòu)造處理、內(nèi)外側(cè)腹板采用不同的鋼束型號以及施工中采用合理的施工方法是可以在一定程度上調(diào)整支座內(nèi)外側(cè)支座反力差值的，從而一定程度上可以減小內(nèi)外側(cè)腹板內(nèi)力不均勻所帶來的影響。

3結(jié)論

小半徑獨柱預應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋目前在國內(nèi)運用已經(jīng)非常普遍，但由于其受力的復雜性，全面而系統(tǒng)的進行研究非常困難。本文以某小半徑預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁匝道橋的工程實例為研究對象，通過采取一定的構(gòu)造措施、合理的預應(yīng)力束布置和合適的施工方法，對其進行了驗算分析，并與成橋后的荷載試驗結(jié)果進行了對比，試驗結(jié)果表明，設(shè)計中所采取的各種措施是合理可行的。結(jié)論如下:

(1)在曲線梁橋設(shè)計中，必須充分重視結(jié)構(gòu)構(gòu)造的處理，采取必要的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施。盡量將箱梁底板寬度加大，使梁端支座盡量向兩側(cè)懸出，增大梁端支座間距，這樣可以增強箱梁的抗扭剛度，使箱梁內(nèi)外側(cè)支座受力更加均衡;為增加箱梁的橫向剛度，對于內(nèi)半徑小于240m的彎箱梁應(yīng)設(shè)置跨間橫隔板，其間距應(yīng)由計算確定，板厚宜取25～40cm;小半徑獨柱預應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計宜取用一定的偏心，偏心位置應(yīng)根據(jù)不同的平曲線半徑、橋梁跨徑等計算確定，雙支座設(shè)計時宜使兩支座恒載狀態(tài)下支反力相等為原則，單支座或采用固結(jié)墩設(shè)計時，偏心位置宜選擇雙支座設(shè)置時的扭矩零點位置。

(2)曲線梁橋設(shè)計中，曲線內(nèi)外側(cè)宜采用不同的預應(yīng)力鋼束(根數(shù)不同或型號不同)，以達到調(diào)整曲線梁橋某些截面承擔過大扭矩的問題。同時宜盡量采用合理的施工方法盡可能減小內(nèi)外側(cè)腹板內(nèi)力不均勻所帶來的影響，釋放部分內(nèi)力不均勻所產(chǎn)生的扭矩，如逐孔施工、逐孔張拉預應(yīng)力的施工方式。通過荷載試驗與設(shè)計計算結(jié)果相對比，可以看出，通過本文所采取的各種措施使得內(nèi)外側(cè)各支座支反力在正常使用狀態(tài)下趨于平衡，避免了目前小半徑預應(yīng)力彎梁橋使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)的支座脫空現(xiàn)象，具備了很大的壓力安全儲備，本文所采取的各種措施是合理有效的，可以作為以后設(shè)計和施工的借鑒。

作者：陳愛萍 刁榮亭 孫雷 單位：山東交通學院 山東省交通規(guī)劃設(shè)計院 甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限責任公司