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對橋梁通軟件蓋梁計算的分析
2010-09-07 
1. 蓋梁計算理論

  1.1計算依據

  《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(JTG D62-2004) 》規定:雙柱式橋墩,當蓋梁的剛度與墩柱的線剛度比大于5時,為簡化計算可以忽略節點不均衡彎矩的分配及傳遞,一般可按簡支梁或懸臂梁進行計算和配筋,多柱式的蓋梁可按連續梁計算,當蓋梁計算跨徑L與粱高h之比,簡支梁2.0<L/h≤5.0,連續粱或剛構2.0<L/h≤5.0,應按深受彎構件計算;L/h>5.0時,則按一般構件計算。

  1.2內力計算

  恒載主要包括上部粱重,橋面鋪裝,防撞墻或人行道及欄桿,路燈,管線及設備,支座,墊石及蓋梁自重,跨鐵路橋梁還包括橋上防拋網等相關設施。活載計算中需考慮的主要丁況有:單列車對稱布置、非對稱布置、雙列車及多列車對稱布置、非對稱布置。最后進行車道折減,取計算最大值。在順橋向活載移動情況下,需選取單孔布載和雙孔布載兩種工況,每種工況又相應分為單列車和多列車情況,分別計算出縱向支座活載反力最大值,用于蓋梁的內力計算。然后根據荷載橫向分配系數,求出活載作用下各支座反力的最大值,再求出活載作用下蓋梁各控制截面相應的內力值。最后把上述求得的恒載內力及活載最大工況內力進行組合,以確定蓋粱最終極限內力效應值。需要說明的是,在蓋梁內力計算時,可考慮樁柱支承寬度對削減負彎矩尖峰的影響。

  橋梁通軟件的蓋梁計算原理同傳統的計算方法基本一致。對于普通鋼筋混凝土蓋梁可直接采用橋梁通軟件進行蓋梁內力計算及構件驗算。預應力混凝土蓋梁可借助橋梁通軟件獲取蓋梁上支座反力,然后利用其它有限元軟件進行受力分析。

  2.工程實例

  圖一為黑龍江省新建前進鎮至撫遠鐵路新建工程中,既有306圍道平改立設計單幅橋橋墩蓋梁尺寸,蓋梁設計斜交角度為30º,主橋正截面寬機動車道寬11m,兩側分別設置0.5m防撞墻,全寬12m。上部結構采用9塊20m后張法預應力空心板梁,蓋梁斜長13.62m.橋上設計荷載為公路-I級,上部恒載加載如圖所示,圖中上圖為橋梁通計算模型,下圖為依據支座位置加載蓋梁實際受力模型。
圖一

 
  限于篇幅,兩種計算模式所得彎矩包絡圖和剪力包絡圖從略,支點處彎矩考慮橋墩支承寬度對削減負彎矩尖峰的影響。按照橋梁通計算模型計算和實際受力所得跨中、支點的彎矩和剪力計算結果對比見表1。
  表1蓋梁計算結果
  
    從表1數據可以看出,兩種計算方法跨中正彎矩和支點負彎矩相差不大,彎矩差值分別為123KN.M和94KN.M,模型計算結果比實際受力結果約大6%和4%。造成這種現象的原因是結構上部為奇數片粱,在計算模型中,跨中位置有一集中力。而實際上蓋梁跨中并不直接受力,傳遞集中力的支座對稱蓋梁中心布置,這就使得實際計算的彎矩包絡圖有類似削峰的處理。加載位置的不同使得跨中彎矩值必然要偏離實際結構的受力狀態,同樣在支點處,因為兩種計算模型集中力加載位置的不同,車輛偏載加載時使得每個支座分配的集中力不一樣,也使得支點處彎矩不一樣,事實上,如果主梁片數為偶數片梁,兩種計算模式在跨中處都沒有集中力,跨中彎矩在計算模型和實際受力中都有類似削峰的處理,兩種結果計算所得跨中最大正彎矩會更加接近。再看剪力,兩個計算結果剪力差值較大,跨中和支點處剪力差值分別為331KN和-425KN,究其原因,也是由于車輛偏載加載時。在計算模型中,僅考慮梁與梁之間的橫向分布,而實際七,偏載時每片梁上兩個支座所分配的集中力大小并不一致,這就使得兩種計算方法所得到剪力的位置和大小都不一樣,也使得剪力計算結果差值較大。如果抗剪鋼筋直徑以28mm設計,考慮混凝土和箍筋的剪力分配,按照橋梁通計算模型計算得到支點處需抗剪鋼筋11 根,而按照實際受力計算需抗剪鋼筋13根。抗剪鋼筋差兩根,在蓋梁配筋設計時,設計者一般偏于保守留有一定得富余量,使得實際配筋根數比計算結果要多一些。這就使得配筋結果滿足實際受力要求,在結構上也更偏于安全。

  結語

  通過以上分析計算可以得出如下結論:

  (1)蓋梁因其結構的特殊性,其受力情況較復雜。蓋梁根據不同的情況,可以以簡支粱、懸臂粱、連續梁、剛架及深受彎構件等結構形式分別進行計算。上部活載加載根據橫橋向及順橋向的不同,也會出現不同的荷載組合,使得蓋梁計算復雜而繁瑣。對此橋梁設計者要有清晰的認識,需正確理解其計算原理,設計者對蓋梁設計的掌握,是重要的,也是必須的。

  (2)對于一般中小橋梁而育,鋼筋混凝土結構和預應力混凝土結構蓋梁,采用橋梁通軟件進行計算,計算結果也能達到設計要求,滿足工程實際需要。分析表明,由于橋梁通軟件計算模型與實際受力存在一些不同,因為主梁片數奇偶性的不同及支座受力不一等情況,使得其計算結果與實際結果有一定差別。整體而言,彎矩計算,無論是接承載能力極限狀態設計進行強度計算還是接正常使用極限狀態進行裂縫配筋,其差值都在允許范圍內,可以直接參考其計算數據,剪力計算結果差別較大,在抗剪配筋設計時應保守一些,適當增加抗剪鋼筋根數。

  【參考文獻】

  【1】《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(JT6 D62-2004)》北京:人民交通出版社,2004。

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