斜交橋梁設(shè)計計算方法研究

劉功毫

（廈門中平公路勘察設(shè)計院有限公司，福建 廈門 361008）

在實際的工程設(shè)計中，橋梁的跨徑常常會因為道路線型以及橋下跨越控制點的交叉角度限制，設(shè)計過程中經(jīng)常會選擇跨越能力和經(jīng)濟性相統(tǒng)一的斜交橋梁。而斜交橋梁的設(shè)計計算，常用的方法有：1、以粱格法直接建立斜交的全橋模型，考慮橋梁各個組成部分的相互作用，以整個橋梁上部結(jié)構(gòu)為研究對象進行受力分析[1-2]。2、根據(jù)裝配構(gòu)件的剛度分布計算出各個部件的橫向分布系數(shù)，單獨提取一個最不利位置建立平面桿系模型進行受力分析[3-4]。

本文將通過理論分析以及工程實例闡述斜交橋梁的設(shè)計中較為合適的設(shè)計計算方法，并以斜交預(yù)應(yīng)力混凝土裝配式簡支T梁為例，分別建立空間粱格模型和平面桿系模型，并對計算結(jié)果進行對比分析，以期對今后的裝配式斜交橋梁的設(shè)計計算有一定的借鑒與指導(dǎo)作用。

1 結(jié)構(gòu)計算模型

對于梁式橋的計算分析過程中，最常規(guī)的是采用平面或空間梁單元模型，而對于裝配式結(jié)構(gòu)，通常首先確定橫向分布系數(shù)，再對于單個梁進行受力分析。該方法對于正交橋梁而言，既可以取得良好的計算精度，同時建模方便簡單，因此在裝配式結(jié)構(gòu)橋梁計算中應(yīng)用較為廣泛。但是斜交橋的受力與正交橋梁相較具有明顯的復(fù)雜性，橫向不同位置的梁單元受力存在明顯的差異，因此不能達到設(shè)計精度要求。

圖1 典型斜橋粱格模型計算彎矩分布圖

相對于正橋，斜橋板邊緣或邊梁最大彎矩向鈍角方向靠攏，隨斜角的增大從跨中向鈍角部位移動。除了斜跨徑方向的主彎矩外，在鈍角部位的角平分線垂直方向上，將產(chǎn)生接近于跨中彎矩值的相當(dāng)大的負彎矩。

2 工程背景

本文以國道324一座52m裝配式簡支T梁為例，斜交角度64°。主橋為1-52m預(yù)應(yīng)力砼簡支T梁，跨越現(xiàn)狀高速公路。對主跨52mT梁建立粱格模型如圖2：

計算橫向分布系數(shù)并建立邊梁平面桿系模型：

3 計算結(jié)果

裝配式T梁結(jié)構(gòu)根據(jù)《公路橋梁鋼筋砼及預(yù)應(yīng)力砼設(shè)計規(guī)范》按照A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件進行計算，取結(jié)構(gòu)在恒載、其他可變等荷載等的組合作為設(shè)計荷載，驗算結(jié)構(gòu)受力，兩類模型采用相同的外荷載與預(yù)應(yīng)力配置。

從應(yīng)力計算結(jié)果來看，兩種計算方法計算得出的應(yīng)力結(jié)果相差較大，誤差約為5%。采用粱格法計算，便可得到跨中頂板應(yīng)力已經(jīng)超過規(guī)范要求的C50砼正截面應(yīng)力設(shè)計上限。因此需要對結(jié)構(gòu)進行進一步優(yōu)化。

圖2 T梁粱格模型

表1 橫向分布系數(shù)

比較兩種計算方法粱格法模型的建立考慮到了相鄰兩榀T梁之間斜交橫隔板及橫向聯(lián)系的連接之間的二次力作用，運營階段截面正應(yīng)力相比較大，計算結(jié)果更接近真實

表2 頂板正截面應(yīng)力計算結(jié)果比較表（單位：Mpa）

4 結(jié)語

兩種計算設(shè)計方法相比來看，粱格法計算結(jié)果偏于保守。對于裝配式斜交橋梁，粱格法不僅考慮到了不同榀裝配梁之間的剛度橫向分配，更考慮了由于橋梁斜交而導(dǎo)致的內(nèi)力重新分布于橫梁二次力，且當(dāng)橋梁斜交角度越大時，差異將更明顯因此結(jié)果更真實。所以建議在此類橋梁設(shè)計時，宜采用空間粱格法進行計算分析。