裝配式斜交空心板橋受力分析及試驗(yàn)研究

楊晶晶 李睿 徐征

摘 ?要： 裝配式斜交空心板橋受力比較復(fù)雜，在設(shè)計(jì)裝配式斜交空心板橋時(shí)一般按正交橋來(lái)計(jì)算配筋，然而在豎向荷載作用下，其內(nèi)力、應(yīng)力、撓度都與相應(yīng)的正交橋有明顯的差別。本文通過(guò)對(duì)一座已建裝配式斜交空心板橋分別進(jìn)行單梁、整體梁格Midas civil模型計(jì)算，并與荷載試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比，得出了裝配式斜交空心板橋的受力特點(diǎn)，指出了按正交橋來(lái)設(shè)計(jì)裝配式斜交空心板橋在內(nèi)力、應(yīng)力、撓度等方面所存在的誤差，為今后類(lèi)似裝配式斜交空心板橋的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞： 裝配式;斜交;空心板;橫向分布計(jì)算

中圖分類(lèi)號(hào)： U442.5 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.04.017

本文著錄格式：楊晶晶，李睿，徐征，等. 裝配式斜交空心板橋受力分析及試驗(yàn)研究[J]. 軟件，2019，40（4）：8487

【Abstract】： The prestressed hollow slab bridge is more complicated. When designing the prestressed hollow slab bridge， the orthogonal bridge is used to calculate the reinforcement. However， under the vertical load， the internal force， stress and deflection are corresponding. There are significant differences in orthogonal bridges. In this paper， a single-beam and integral beam Midas civil model is calculated for a prefabricated oblique hollow slab bridge， and compared with the load test results， the force characteristics of the assembled oblique slab bridge are obtained. The error of internal force， stress and deflection of the fabricated skewed hollow slab bridge is designed according to the orthogonal bridge， which provides a reference for the design of similarly fabricated oblique slab bridges in the future.

【Key words】： Assembled; Skewed; Hollow slab; Lateral distribution calculation

0 ?引言

在很多工程實(shí)際中，由于路線與所跨越的河流等存在障礙，而不得不采用斜交橋的方案[1]。斜交橋中，預(yù)制裝配式空心板橋的應(yīng)用相對(duì)較多。斜交橋的計(jì)算，往往近似地按正交橋來(lái)考慮，計(jì)算其橫向分布系數(shù)，然后進(jìn)行配筋[2]。而事實(shí)上，斜交橋梁的受力與正交橋有很大的區(qū)別，在同樣的荷載作用下，其內(nèi)力、應(yīng)力、撓度的大小、分布等，都與正交橋有很大的區(qū)別，且這種區(qū)別會(huì)隨著斜交角度的增加而增大[3，4];斜交板橋的銳角處與鈍角處的受力相差較大[5]。本文以云南省某斜交空心板橋?yàn)槔?，?duì)該橋在多種荷載工況下的受力特性進(jìn)行計(jì)算分析并進(jìn)行荷載試驗(yàn)。計(jì)算時(shí)，近似地按正交橋計(jì)算其空心板的橫向分布系數(shù)，選取有代表性的單梁建立Midas civil單梁模型進(jìn)行計(jì)算，并與Midas civil整體梁格模型、荷載試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析，從而了解裝配式斜交空心板橋的實(shí)際受力情況。

1 ?斜交空心板橋的受力特點(diǎn)

斜交橋的縱向主彎矩比跨徑為斜跨長(zhǎng)、寬度為b的正交橋小，并隨斜交角的增大而減小如圖1所示[6]，其次斜交橋的縱向最大彎矩的位置，隨斜交角的增大從跨中向鈍角部位移動(dòng)如圖2所示[7]。

預(yù)制裝配式斜交空心板橋在垂直荷載下一般具有下列特性：1）在自重作用下最大撓度發(fā)生在跨中截面，且沿寬度方向均勻分布[8，9];2）裝配式斜交空心板橋與整體式斜交空心板橋相比，在自重作用下的應(yīng)力分布更加均勻[10，11];3）其剪應(yīng)力的最大值集中在兩個(gè)鈍角的平分線上[12，13];4）自重小，整體撓度和結(jié)構(gòu)的應(yīng)力都相對(duì)較小[14，15];5）寬跨比對(duì)斜交空心板橋的影響：寬橋?qū)π敝С忻舾?，窄橋斜支承只影響支承局部[16，17];6）裝配式斜交空心板橋邊板跨中彎矩最大值大于次邊板和中板的跨中彎矩最大值[18，19]。

2 ?工程實(shí)例

2.1 ?工程概況

云南某斜交空心板橋，其上部結(jié)構(gòu)為1-17米預(yù)應(yīng)力混凝土斜交空心板，斜交角為45°。設(shè)計(jì)荷載城市A級(jí);橋?qū)?2米，橫向由30塊板組成，分左右幅，中板寬99 cm，邊板寬99.5 cm，板與板之間的鉸縫寬度為1 cm。鋼絞線彈性模量取E= 195000 Mpa，標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度1860 MPa，張拉控制應(yīng)力按照?qǐng)D紙上所提供的數(shù)據(jù)，其值為0.72fpk=1339 MPa，對(duì)該橋進(jìn)行荷載試驗(yàn)。

2.2 ?計(jì)算模型

綜合考慮先張法預(yù)應(yīng)力空心板的特點(diǎn)以及測(cè)試的需要，采用梁格法建立Midas civil模型，梁本身自重和預(yù)應(yīng)力效應(yīng)單獨(dú)考慮?？招陌宀牧蠟镃50混凝土，其彈性模量、容重等材料參數(shù)均《公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》取定。彈性模量取E=34500 MPa，容重取γ=26 KN/m2，Midas civil全橋計(jì)算模型如圖3所示。

2.3 ?試驗(yàn)荷載及加載方式

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)型式，確定了各加載截面的最不利內(nèi)力，按照荷載等效原則，試驗(yàn)荷載擬由載重車(chē)輛車(chē)隊(duì)組成。橋梁汽車(chē)試驗(yàn)荷載選用典型的三軸載重自卸汽車(chē)3輛，單車(chē)總重量400KN。其前軸承載80KN，兩后軸分別承重160KN。試驗(yàn)車(chē)輛尺寸及軸重如圖4所示。

2.4 ?工況的確定

本文的靜載試驗(yàn)分為2個(gè)工況，其中以左幅為例。試驗(yàn)車(chē)輛縱向及平面布置如圖5、圖6所示，橋梁左幅應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置如圖7所示。

試驗(yàn)工況1：布置1、2號(hào)試驗(yàn)車(chē)輛加載;試驗(yàn)工況2：布置1、2、3號(hào)試驗(yàn)車(chē)輛加載。如圖6所示。

2.5 ?橫向分布計(jì)算

為不失代表性，選取1號(hào)邊板、9號(hào)中板、16號(hào)中板，近似地按正交橋的方法，分別用鉸接板法和剛接梁法計(jì)算其橫向分布系數(shù)，然后建立Midas civil單梁模型進(jìn)行計(jì)算分析，并與Midas civil梁格模型、荷載試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)比，最終得到裝配式斜交空心板橋的實(shí)際受力狀態(tài)。兩種橫向分布計(jì)算方法所得橫向分布系數(shù)如表1所示。

3 ?受力特點(diǎn)分析

通過(guò)對(duì)比1號(hào)、9號(hào)、16號(hào)最不利縱板的兩種Midas civil單梁模型、Midas civil梁格模型以及荷載試驗(yàn)的空心板板底應(yīng)力值及位移，分析橫向鉸接板法、橫向剛接梁法建立的模型應(yīng)力及位移并與梁格模型計(jì)算結(jié)果、荷載試驗(yàn)結(jié)果比較，由此判斷兩種橫向分布計(jì)算方法的誤差大小。工況1、2條件下縱板1、9、16兩類(lèi)Midas civil單梁模型、Midas civil梁格模型及荷載試驗(yàn)的應(yīng)力值及位移值如表2、表3。采用正交和斜交方法計(jì)算得到的基頻與動(dòng)載試驗(yàn)測(cè)試得到的基頻如表4。

從表2和表3可以看出，發(fā)現(xiàn)Midas civil梁格模型計(jì)算結(jié)果與荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)最為接近，在荷載作用下，其實(shí)際應(yīng)力、撓度，都比采用單梁模型計(jì)算的要小得多。從表4可以看出，采用斜交模型計(jì)算得到的橋梁基頻比正交計(jì)算要大，且更接近實(shí)測(cè)值，也就是說(shuō)，與同等跨徑的正交橋相比，斜交橋的剛度相對(duì)較大。因此，在對(duì)斜交橋進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，如果采用單梁模型，近似地按照正交橋的方法計(jì)算橫向分布系數(shù)，再計(jì)算其內(nèi)力、應(yīng)力和變形，將得到相對(duì)保守的結(jié)果。同時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致對(duì)橋梁受力特點(diǎn)的誤判。

4 ?結(jié)論

通過(guò)對(duì)具有代表性的1、9、16號(hào)縱板進(jìn)行分析，分別用Midas civil單梁模型和Midas civil梁格法模型進(jìn)行計(jì)算，并與荷載試驗(yàn)對(duì)比，可以得到如下結(jié)論。

（1）斜交橋與正交橋受力相差極大，不應(yīng)簡(jiǎn)單地采用正交橋的橫向分布系數(shù)方法來(lái)計(jì)算斜交橋，否則，將會(huì)帶來(lái)較大的誤差;

（2）由于斜交橋特殊的受力特點(diǎn)，會(huì)使得其整體性比同等跨徑的正交橋好，而且整體剛度比同等跨徑的正交橋要大;

（3）對(duì)于斜交橋的設(shè)計(jì)和計(jì)算，必須采用有限元方法建模分析，才能得到相對(duì)準(zhǔn)確的結(jié)果。

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