大宽跨比大斜交角空心板桥受力分析.pdf
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1、科学技术创新 2023.22大宽跨比大斜交角空心板桥受力分析王晓平1,梁晨2(1.山东交通职业学院,山东 潍坊;2.山东恒建工程检测有限公司,山东 潍坊)引言随着我国国民经济持续稳定的增长和综合国力的增强,带动了高等级公路及城市立体交通的全面发展,公路城市建设部门一改过去路线走向服从桥梁的思维模式,使得斜弯结构的桥梁在构造物中的比重越来越大。目前,斜交桥在高等级公路中所占比例已达到 40%50%,成为很重要的一种桥型。然而,目前交通部和部分省院颁布的空心板和装配式预制小箱通用图的斜交角度大部分在 40毅以下,对 40毅以上大斜交角的桥梁设计资料较少,特别是大宽跨比的空心板斜桥,几乎没有可供参考
2、的资料。余钱华等1研究了小宽跨比小斜交角的空心板的跨中横向分布系数的计算方法,王荣霞等2对大宽跨比大斜交角的简支斜交 T 梁桥跨中横向分布系数进行了研究,毛洪涛等3对大斜交角小箱梁的受力性能进行了研究分析,但这些结论是否适用于大作者简介院王晓平(1987-),女,硕士研究生,讲师,研究方向:桥梁检测。摘要院近年来,高速公路事业蓬勃发展,为适应路线走向,越来越多的斜桥在公路建设中得到应用。然而大宽跨比大斜交角的空心板桥在实践中的应用依然不多,其根源在于对其力学性能和构造设计的研究较少。本文对某在役大宽跨比大斜交角空心板桥进行荷载试验和有限元计算,通过试验和计算数据的对比验证了有限元计算方法的准确
3、性,然后通过有限元变参分析,研究不同斜交角小的大宽跨比空心板桥的横向分布系数和内力。通过计算分析,发现斜交桥的横向分布系数较正交桥更不均匀,说明斜交桥的横向刚度较正交桥差,同时,随着斜交角增大,主梁所受弯矩减小,扭矩增大,且斜交角 40毅以上的空心板桥受力较正交桥变化很大,需要单独设计计算。关键词:斜交桥;大斜交角;大宽跨比;横向分布系数;内力分析中图分类号院U441.2文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤22-0112-04图 1中板及边板断面示意(单位:cm)112-2023.22 科学技术创新宽跨比大斜交角的空心板桥上需要进一步验证。1工程实例简介本文以潍坊某在役桥梁为
4、基本算例,该桥跨径组合为 6伊13 m 普通钢筋混凝土简支空心板,斜交角为 50毅,用 C40 混凝土,受力主筋为直径 22 mm 的域级钢筋(中板主筋17 根,边板主筋 18 根);箍筋为直径 8 mm 的玉级钢筋;桥面全宽 25.5 m。中板及边板断面尺寸如图 1 所示。2受力计算分析对工程案例进行有限元模拟计算,并与荷载试验结果进行比较,以保证计算模型的准确性。以此为基础,对桥梁斜交角进行变参分析,讨论斜交角的变化对桥梁横向分布系数及内力的影响。荷载试验测点布置及有限元模型分别如图 2 和图 3 所示。2.1实桥验证对工程实例桥梁进行荷载试验,加载工况如图 2所示,将得到的位移数据与理论
5、计算的位移数据进行比较,见表 1,发现二者的变化规律大致相同,平均效验系数满足要求4。说明理论模型建立正确,可以以此为基础斜交桥的受力情况。2.2横向分布系数分析分别建立斜交角为 0毅到 50毅(间隔 10毅)的 6 个宽桥模型,将各片梁的跨中挠度值代入公式(1),计算出各梁跨中横向分布系数5,见表 2。(1)式中:为第 j 号梁的横行分布系数;为第 j 号梁的竖向位移;n 为主梁总数。从表 2 可以看出,随着斜交角的增大,各片主梁的竖向位移逐渐减小,说明斜交桥的刚度较正交桥更大,且从图 4 可知,位移减小量随斜交角的增大而逐渐增大,当斜交角从 40毅到 50毅时,位移出现陡降段,说明当空心板
6、斜交桥斜交角大于 40毅后,受力较正交桥变化很大。但是,随着斜交角的增大,主梁所受最大横向分布系数增加,最小横向分布系数减小,即各主梁的横向分布系数差值增大,说明同条件的斜交桥的横向连接性能比正交桥要弱,在桥梁养护过程中要更加图 2测点布置图 3工程实例模型测点 试验值(mm)理论值(mm)校验系数 平均校验系数 1-6.37-6.78 0.938 2-3.75-7.22 0.519 3-7.65-7.33 0.978 4-4.67-6.65 0.702 5-3.90-6.2 0.629 6-3.61-6.6 0.546 7-2.69-5.85 0.459 8-1.57-4.67 0.337
7、9-1.13-1.7 0.664 10-0.67-0.67 0.99 0.676 表 1试验位移与理论位移比较1jjniijj113-科学技术创新 2023.22留意铰缝等横向连接构件的质量。2.3主梁内力分析从表 3 可以看出,随着斜交角度增大主梁受到的弯矩逐渐减小,这也是前文中主梁挠度随斜交角增大而下降的主要原因。但是,随着斜交角的增大,主梁扭矩却在逐渐增加,说明斜交桥主梁之间扭矩的传递较正交桥不太顺畅,也进一步证明了斜交桥的横梁连接刚度较正交桥要弱。同时,也说明斜交桥的对抗弯钢筋的需求量下降,但对抗扭钢筋的需求量上升。对任何斜交角度的空心板桥,其中梁受弯矩均较边梁要小,但正交桥两者差值较
8、小,随着斜交角增大,两者差值逐渐增大,说明斜交桥各主梁弯矩较正交桥分布更不均匀。但对某一固定斜交角的空心板梁,其外边梁和内边梁所受弯矩大致相等,说明空心板桥受力的对称性基本不受斜交角度改变的影响。然而,对固定斜交角度的空心板桥,其扭矩分布则为中梁大,边梁小,且随着斜交角度的增大,这个差值也逐渐增大。值得注意的是,各主梁所受弯矩和扭矩之和大致相当。3结论(1)随着斜交角增大,主梁最大横向分布系数增大,最小横向分布系数减小,随着斜交角增大,空心板桥的横向刚度下降,需要更加注意横向梁结构件的质量;(2)随着斜交角增大,主梁受到的弯矩减小,扭斜交角度 0 10 20 梁号 位移 横向分布系数 位移 横
9、向分布系数 位移 横向分布系数 1 10.016 0.119 9.208 0.122 9.04 0.125 2 10.244 0.122 9.754 0.13 9.615 0.133 3 10.655 0.127 9.854 0.131 9.738 0.135 4 10.092 0.12 9.327 0.124 8.992 0.124 5 9.944 0.118 8.312 0.11 8.306 0.114 6 9.615 0.114 9.507 0.126 8.848 0.122 7 9.009 0.107 7.516 0.099 6.918 0.096 8 7.159 0.085 6.56
10、 0.087 6.135 0.085 9 4.165 0.049 3 0.04 2.847 0.039 10 2.945 0.035 2.273 0.03 1.886 0.026 斜交角度 30 40 50 梁号 位移 横向分布系数 位移 横向分布系数 位移 横向分布系数 1 8.866 0.128 8.336 0.129 6.785 0.126 2 8.995 0.13 8.574 0.133 7.227 0.134 3 9.46 0.137 8.737 0.136 7.33 0.136 4 8.454 0.122 7.785 0.121 6.655 0.124 5 8.054 0.116
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