陳杰明

（城市建設(shè)研究院，北京市 200120）

0 前言

隨著我國(guó)高速公路和城市道路的快速發(fā)展，越來越多的中小橋梁結(jié)構(gòu)形式開始注重于路線線型和景觀等要求，不可避免的會(huì)出現(xiàn)主梁結(jié)構(gòu)異形的情況，其中絕大部分都有下列特點(diǎn)：平面形狀不規(guī)則，支撐條件和受力情況比較復(fù)雜，因此探討該類結(jié)構(gòu)的計(jì)算及受力具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，下面以某橋單梁異形板為例來進(jìn)行分析。

某橋規(guī)劃河流比較靠近交叉口，橋梁一部分布置在規(guī)劃交叉口內(nèi)，為了保證車輛能順利轉(zhuǎn)彎，因此將橋梁邊跨設(shè)計(jì)為異形，平面布置見圖1。

圖1 橋梁平面布置圖（單位：mm）

1 設(shè)計(jì)基本資料

1.1 橋型布置

本橋上部結(jié)構(gòu)為等截面鋼筋混凝土空心板，單孔跨徑為12 m，板長(zhǎng)為11.96 m，全橋共1孔。下構(gòu)橋臺(tái)采用U型重力式橋臺(tái)配擴(kuò)大基礎(chǔ)（其中0號(hào)橋臺(tái)不設(shè)側(cè)墻）。

空心板板高0.55 m，共設(shè)21塊中板，兩塊邊板（邊板為變寬度），全橋?qū)?0～41.219 m（含攔桿寬度）?？招陌迳箱佉粚?0 cm的C40現(xiàn)澆混凝土+8 cm厚的瀝青混凝土橋面鋪裝層。橋型總體布置見圖2。

圖2 橋型總體布置圖（單位：mm）

1.2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）橋面凈寬：凈 20～31.219+2×5（含欄桿），m；

（2）橋面橫坡：1.5%（行車道），1.5%（人行道）；

（3）設(shè)計(jì)荷載：城—A級(jí)車道荷載；

（4）地震荷載：按6度設(shè)防。

1.3 主要材料

混凝土：空心板及橋面鋪裝層采用C40混凝土；臺(tái)帽、背墻、上側(cè)墻部分、欄桿及人行道板采用C25混凝土。

普通鋼筋：鋼筋直徑φ不小于12 mm，采用HRB335鋼筋；鋼筋直徑φ小于12 mm，采用R235鋼筋。

鋼板：采用A3低碳鋼板。

1.4 施工方法

邊梁采用滿堂支架現(xiàn)澆法，中梁采用預(yù)制吊裝完成。

2 建模分析

對(duì)該異形板采用Midas軟件進(jìn)行建模分析計(jì)算，分析邊板的受力特點(diǎn)。因?yàn)檫叞逍螤畈灰?guī)則，為了在建模時(shí)更精確的模擬邊板的實(shí)際形狀及受力形式，故采用梁格法建模。

2.1 梁格法簡(jiǎn)介

梁格法的主要思路就是將上部結(jié)構(gòu)用一個(gè)等效的平面梁格或空間構(gòu)架來模擬。將分散在板式或箱梁每一區(qū)段內(nèi)的彎曲剛度和抗扭剛度集中于最鄰近的等效梁格內(nèi)，實(shí)際結(jié)構(gòu)的縱向剛度集中于縱向梁格構(gòu)件內(nèi)，而橫向剛度則集中于橫向梁格構(gòu)件內(nèi)。

梁格法是一種將空間分析近似為平面干系分析的方法，精確程度可以滿足工程需求。其主要針對(duì)的是寬跨比較大的直線橋以及圓心角較大的曲線梁橋，只所以需要用梁格子體系來分析結(jié)構(gòu)，就是因?yàn)樵井?dāng)作干系構(gòu)件的梁因?yàn)槌惺芰瞬荒芎鲆暤呐ぞ匾约皺M向彎曲作用。如對(duì)于直線寬橋，活載的偏心布置所產(chǎn)生的扭矩不能簡(jiǎn)單的用偏載系數(shù)這一概念簡(jiǎn)化。而對(duì)于曲線梁橋更是如此，首先恒載的不對(duì)稱就會(huì)產(chǎn)生一部分扭矩，這種效應(yīng)更使結(jié)構(gòu)不能再用一根桿來進(jìn)行分析計(jì)算。如果不在桿件上添加扭矩，就要使用梁格法以增加橫向桿件數(shù)量。

梁格的劃分需要保證荷載的正確傳遞，橫向桿件的間距不宜超過縱向梁肋的間距。也就是說縱向梁格的劃分以橫向梁格劃分為標(biāo)尺，而橫向的梁格劃分又得遵循劃分后各個(gè)梁格的中性軸與原截面保持在同一水平高度處（主要是保證梁格縱向彎曲與原結(jié)構(gòu)的等效性）。

2.2 建模過程

根據(jù)以上原則，本模型單元的劃分形式（1196.0=3×65.2+69.1+3×43+2×55.25+6×65.2+6×50.1）。為了盡可能的模擬A板邊緣的弧線形，建立6個(gè)變截面組，單元?jiǎng)澐忠妶D3。

圖3 異形板A建模單元?jiǎng)澐质疽鈭D（單位：mm）

具體建模過程如下：

（1）創(chuàng)建材料，本橋采用C40混凝土。

（2）在CAD中畫出各截面圖，并利用Mi d a s中的截面特性計(jì)算器導(dǎo)入到Midas中，建立所需的截面。因?yàn)閼冶郯逍枰捎米兘孛?，故先在模型截面中?chuàng)建變截面。

（3）建立節(jié)點(diǎn)，再根據(jù)梁格的劃分來建立單元（本模型共124個(gè)節(jié)點(diǎn)，174個(gè)單元）。根據(jù)各單元實(shí)際的材料及截面進(jìn)行拖放來實(shí)現(xiàn)材料和截面的賦值。

（4）針對(duì)懸臂端的變截面，還需要建立變截面組，將各變截面單元拖放至組中，本模型共五個(gè)變截面組。

（5）建立橫系梁?jiǎn)卧?，并釋放梁的端部約束。

（6）建立邊界約束，首先將支座節(jié)點(diǎn)與梁?jiǎn)卧脧椥赃B接中的剛性連接相連，再根據(jù)圖紙的信息，分別在支座節(jié)點(diǎn)加入約束，見表1。

表1 支座節(jié)點(diǎn)約束

（7）添加靜力荷載工況，本例中只添加自重（恒荷載）。

（8）進(jìn)行移動(dòng)荷載分析，因?yàn)楸纠秊槌鞘?A級(jí)車輛荷載，查規(guī)范可知，當(dāng)跨徑大于2 m，且小于20 m時(shí)，計(jì)算彎矩時(shí)的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值為22.5 kN/m，計(jì)算剪力時(shí)的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值為37.5 kN/m，集中荷載值為140 kN，同時(shí)，因?yàn)榘錋為整座橋的邊板，故需要施加人群荷載，則可根據(jù)規(guī)范，在Midas中定義人群荷載，車道及車輛荷載。最后添加移動(dòng)荷載工況（人群和車輛）。

（9）按照J(rèn)TG D60-04規(guī)范自動(dòng)生成荷載組合。

（10）運(yùn)行分析。

2.3 結(jié)果分析

通過對(duì)異形板A進(jìn)行節(jié)點(diǎn)、單元、支座、荷載的模擬，最后完成最終模型，進(jìn)行受力分析，按照規(guī)范，分析在人群和車輛荷載作用下的最不利受力，驗(yàn)算A板受力是否在其承載能力之內(nèi)。

利用移動(dòng)荷載追蹤器，查出A板中，反力、位移和彎矩的最大點(diǎn)和最大值分別為多少，見表2。

表2 反力、位移、彎矩的最大點(diǎn)和最大值

3 結(jié)論

經(jīng)過合理的建模計(jì)算分析，找出其最不利的受力位置及數(shù)值，根據(jù)規(guī)范要求可知，其受力滿足其承載能力的要求。

[1]顧安邦.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2004.

[2]CJJ11-2011,城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2011.