大跨度连续刚构桥结构设计与受力性能研究.pdf
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1、69交通科技与管理工程技术0引言近年来,随着我国经济的快速发展及科学技术的进步,桥梁建造技术得到了飞跃式发展。大跨径桥梁中常用的结构形式有 T 型刚构、连续梁和连续刚构,其中连续刚构桥1-3在施工中不存在体系转换,主墩无支座,全桥伸缩缝只有两道,行车舒适性较好,并且顺桥向的抗弯刚度和横桥向的抗扭刚度均较大,能满足大跨径桥梁的受力要求,受温度及混凝土收缩徐变较小,因此被广泛地运用于工程中。关于连续刚构桥的研究及应用有许多,其中蔡建明4等人基于实际的工程对高墩刚构桥进行研究,提出相关设计方法为类似工程提供参考价值。游鑫5基于实际的工程对大跨高低墩连续刚构桥的施工及主墩的受力进行研究,结果表明当高低
2、墩刚构桥的墩高比为 1 2 时,选择柔度较大的双肢薄壁墩和组合式墩更好。李乐天6-7等人以实际的工程案例背景对高低墩大跨度连续刚构桥的力学行为进行研究,研究表明高墩比是影响主墩内力的主要影响因素,并且发现混凝土的容重对主梁的扰度影响较大。刘明8结合大跨度连续刚构桥常见的病害对大跨度连续刚构桥的设计要点进行研究,结果表明在进行设计时应注意对预应力束、箱梁尺寸及配筋等的设计,以防止裂缝、下扰等病害的产生。梁荣9-10等人通过实际的工程案例对连续刚构桥的施工技术进行研究,提出保障架构合拢精度、成桥线形与受力状态的措施。现有的研究已取得一定成果,但在数值模拟的分析方面还存在一些不足。为此,该文在现有的
3、研究成果基础上,借助有限元软件对高低墩大跨度连续刚构桥的刚度设计及主梁受力性能进行研究,希望该文的研究能为行业的发展提供参考价值。1大跨度刚构桥的刚度设计分析该文采用 Midas Civil 有限元软件建立连续刚构桥梁模型,该次建模根据实际的工程案例进行,工程中的主梁采用二次抛物线变高的单箱单室箱梁截面,箱梁的顶宽为 10.2 m,梁底宽度为 8.2 m,主墩的墩顶处 2 个为13.6 m,主跨的梁高为 7.1 m,主墩中的顶板的厚度为0.65 m,腹板的宽度为 1.20 m,底板的厚度为 1.20 m;主梁中顶板的厚度为 0.65 m,腹板的宽度为 0.6 m,底板的厚度为 0.55 m。该
4、工程中的桥梁分为三跨,长度分别为98 m(小里程边跨)、192 m(中跨)和 94 m(大里程边跨),在模型中主梁和墩身均采用空间梁单元进行模拟,梁墩之间采用主从的关系进行处理,主墩下部的群桩基础转化为墩底弹性支承,荷载采用均布荷载分配到主梁单元上方,模型的三维图如图 1 所示。图 1大跨度刚构桥刚度分析三维模型图1.1梁高的刚度影响分析为分析不同的梁高对高低跨大跨度连续刚构桥刚度的影响,该文模型分析是在保证梁宽不变的情况下设置五组不同的梁高进行分析,其中箱梁的梁顶宽为 10.2 m,梁底宽为 8.2 m,梁高分别为 6.513.0 m、6.713.2 m、6.913.4 m、7.113.6
5、m、7.313.8 m,另外顶板的板厚为650 mm,底板的厚度为 0.551.2 m,腹板的厚度为 0.61.2 m 保持不变,具体的结果如表 1 所示。从表 1 中可以看出,在保持连续刚构桥梁宽不变的情况下,随着梁高的增加,结构的第一阶段周期逐渐增大,第二阶段周期逐渐减小,对第三阶段的周期影响不大;收稿日期:2023-08-06作者简介:支晓飞(1979),男,本科,高级工程师,研究方向:道路与桥梁工程。大跨度连续刚构桥结构设计与受力性能研究支晓飞(安徽开源路桥有限责任公司,安徽 合肥 230088)摘要文章为研究大跨度连续刚构桥的结构设计及受力性能,通过数值模拟的研究方法进行研究,研究结
6、果表明:增加主箱梁的梁高比梁宽对提高结构的刚度更有效;梁高的增高能显著减小主梁跨中竖向扰度和横向水平位移值;从主梁的受力分析可以发现在施工过程中主跨的合拢能满足要求,在运营过程中主梁截面在荷载作用下仅出现小范围拉应力也能满足规范要求。关键词大跨度;连续刚构桥;数值模拟;性能中图分类号U448.23文献标识码A文章编号2096-8949(2023)17-0069-032023 年第 4 卷第 17 期70交通科技与管理工程技术从跨中的竖向扰度及横向水平位移可以看出,梁高的增加,在荷载作用下结构的跨中竖向扰度逐渐减小,对跨中横向水平位移的影响较小,由此可见梁高为连续刚构桥的跨中竖向扰度影响较大,梁
7、高的增加,能明显提高结构的刚度。1.2梁宽的刚度影响分析为分析不同的梁宽对高低跨大跨度连续刚构桥刚度的影响,该文模型分析时在保证梁高不变的情况下设置 7组不同的梁宽进行分析,其中梁高由跨中 7.1 m 按二次抛物线逐渐变至支点梁高 13.6 m,箱梁的梁宽分别为梁顶宽 10.2 m,梁底宽 8.6 m;梁顶宽 10.2 m,梁底宽 8.4 m;梁顶宽 10.2 m,梁底宽 8.2 m;梁顶宽 10.2 m,梁底宽 8.0 m;梁顶宽 10.2 m,梁底宽 7.8 m;梁顶宽 10.4 m,梁底宽 8.2 m;梁顶宽 10.6 m,梁底宽 8.2 m;另外顶板的板厚为 650 mm,底板的厚度为
8、 0.551.2 m,腹板的厚度为 0.61.2 m 保持不变,具体的结果如表 2 所示。表 1梁高对刚度的影响结构表名称梁宽/m 梁高/m 第一周期/s 第二周期/s 第三周期/s 跨中竖向扰度跨中横向水平位移110.38.36.513.01.4701.050.89236.113.2526.713.21.4731.040.89234.413.1436.913.41.4761.030.89233.313.0647.113.61.4791.020.89231.712.8557.313.81.4811.010.89330.512.76表 2梁宽对刚度的影响结构表名称梁高/m 梁宽/m第一周期/s
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