特大跨波形钢腹板PC组合连续梁桥偏载系数研究

ＧＵＡＮ　ＬＩ　ＧｏＮＧ　ＣＨＥＮＧ　ｓ　特大跨波形钢腹板ＰＣ组合　连续梁桥偏载系数研究　袁　波　，李广慧。　摘要：文章运用ＡＮＳＹＳ软件建立某主跨为１６５ｍ的波形钢腹板Ｐｃ组合连续梁　桥的三维空间有限元模型，研究其在活栽偏载作用下的效应，得到其顶、底　板正应力和腹板剪应力在各截面处的偏载系数。文章的研究方法和研究　结果可供设计者参考。　关键词：波形钢腹板；ＰＣ组合箱梁；偏载系数；连续梁；数值模拟　一、引　言　元模型并分析了其在偏载作用下的正应力放大系　数和腹板剪应力放大系数。但国内目前还没有对　特大跨波形钢腹板ＰＣ组合连续梁桥偏载系数进　行研究。鉴于此，本文运用ＡＮＳＹＳ软件建立某主　跨为１６５ｍ的波形钢腹板ＰＣ组合连续梁桥的三　维空间有限元模型，研究其在活载偏载作用下的　受力性能。　二、工程概况　波形钢腹板ＰＣ组合梁采用波形钢腹板代替　混凝土腹板，使得波形钢板纵向可自由伸缩，这　样，在施加预应力时，波形钢腹板不对预应力产生　抵抗作用，可以大大提高混凝土顶、底的预应力效　率。此外，波形钢腹板还具有抗剪屈曲稳定性高　而无须设置加劲肋；腹板为钢材而避免了混凝土　腹板普遍存在的开裂问题；自重小而节约上部结　构与下部结构材料用量等优点。波形钢腹板ＰＣ　组合梁自１９７５年由法国ＣＢ公司提出之后，在日　某特大跨波形钢腹板ＰＣ箱梁桥分左、右两　幅设计，单幅桥宽１６．５ｍ，跨径布置为９０ｍ＋１６５ｍ　＋９０ｍ三跨连续梁，墩顶梁高９．５ｍ按１．８次抛物　线过渡到跨中梁高为４．０ｍ。此桥边跨设３道横　隔，中跨设６道横隔。波形钢腹板采用Ｑ３４５钢，　厚度为１２ｒａｍ～２４ｍｍ，波形为１６００型。　立面　本等国家得到大规模的发展　］。在国内，自山东　鄄城黄河公路大桥和深圳南山大桥　的设计与施　工取得成功并随着河南省地方标准《公路波形钢　腹板预应力混凝土箱梁桥设计规范》［３１的推出之　后，波形钢腹板ＰＣ组合梁桥受到国内大批工程　师的青睐，这种结构在国内正处于快速发展的阶　段。　由于波形钢腹板ＰＣ梁截面由两种材料组　成，并且钢腹板不承受纵桥向正应力，其在由活载　偏载引起的扭矩作用下的自由扭转、约束扭转、翘　图ｌ立面布置图　题剖面　１６５０　２００—　半堕生塑晒　１６５０　曲与畸变等特性必然会与普通混凝土ＰＣ梁桥有　所差别。李宏江等　儿钊以解析方法、数值方法以　及实验方法分析了等高波形钢腹板ＰＣ梁在扭矩　作用下的力学性能，林松　则针对某大跨变高波　形钢腹板ＰＣ钢构连续梁桥建立了三维空间有限　圈２横断面布置图　ＧＵＡＮ　ＬＩ　ＧｏＮＧ　ＣＨＥＮＧ　ｓ　三、有限元模型的建立与活载的布置　载系数的定义。　本文采用ＡＮＳＹＳ１０．０建立的空间有限元模　型如图３、图４所示。其中，箱梁顶板与底板的钢　筋混凝土采用ｓｏｌｉｄ４５单元模拟，波形钢腹板采用　一”　盯　Ｔｓ　（１）　（２）　ｓｈｅｌｌ６３单元模拟，模型节点数为１５８４７８个，单元　数为１　１３６１０个。　上瓦甲：　Ｋ　——正应力偏载系数；　盯　——活载偏载布置时的顶、底板最大正应　力；　——活载对称布置时的顶、底板最大正应　剪应力偏载系数；　活载偏载布置时的腹板最大剪应力；　活载对称布置时的腹板最大剪应力。　力；　——图３全桥模型视图　——经计算，可得到图６所示各截面在活载偏载　（如图５所示）和活载对称布载两种情况下的顶　板最大正应力、底板最大正应力和腹板最大剪应　力。计算结果汇总如表１所示。　图４全桥模型正视图（未显示钢腹板）　以表１中各截面的偏载系数为竖坐标，各截面　的纵桥向位置为横坐标，可绘制得到图７所示的偏　载系数沿纵桥向的分布图。从图７中可以看出：　如图５所示，是经计算后得出的最不利活载　横向布置情况。活载的纵桥向布置分别按图６所　示１０个截面的弯矩影响线（计算顶、底板正应力　放大系数）和剪力影响线（计算腹板剪应力偏载　系数）进行布置　。　第一，正应力偏载系数沿纵桥向变化较　大——其值约为１．００１～１．４２８，但除１—１截面的　其他截面正应力偏载系数均在１．２１以下；　第二，顶板正应力偏载系数普偏高于底板正　应力偏载系数；　第三，腹板剪应力偏载系数沿纵桥向变化较　小——其值约为１１．２０～１．２３。　因此，对于本工程，为了便于设计，可取１—１　截面附近的正应力偏载系数为１．５，墩顶附近正　图５活载最不利横向布置　应力偏载系数为１．０５，其他区段正应力偏载系数　为１．２５，全桥的剪应力偏载系数均可取为１．２５。　１＿６　１．５　１．４　２５６０　Ｉ　Ｉ９２０　ｌ　１９２０ｌ１４４０１１０ｆｌ１４５０ｌ　１９２０ｊ　１９２（】ｌ　２５６０　螺１．３　堡１＿２　ｌ＿１　图６计算截面　ｌ　８２．５－－６２．５—４２．５－２２．５－２．５　１７．５　３７５　５７．５　７７．５　四、计算结果　式（１）、式（２）为正应力偏载系数与剪应力偏　跨墩顶距离（负值为边跨，正值为中跨。单位：ｎ１）　图７偏载系数　ＧＵＡＮ　Ｌｆ　ＧＯＮＧ　ＣＨＥＮＧ　ｓ　表１计算结果汇总表　截面　顶板对称布　底板对称布　底板偏载腹板对称布　腹板偏载　正　载剪应力　载正应力　顶板偏载正　载正应力　编号　（ＭＰａ）　—０．５４７　—１．８６７　一１．３５１　顶板正应　底板正应　腹板剪应力　偏载系数　偏载系数　应力（ＭＰａ）　（ＭＰａ）　１．１６７　３．２４７　１．９４５　应力（ｉｅａ）　（ＭＰａ）　—１８．８１　１１．３１　８．６４　剪应力（ＭＰａ）　偏载系数　１　２　３　—０．７８２　—２．１ｏ４　—１．５１３　１．５２８　３．５２６　２．０９０　～２３．０５　１３．６４　１０．４３　１．４２８　１．１２７　１．１２Ｏ　１．３ｏ９　１．０８６　１．０７５　１．２３　１．２１　１．２ｌ　４　５　６　７　８　９　１０　１．７７８　１．３９６　１．３７４　１．４＿４９　—０．７９９　—１．４６８　—２．４１５　１．７８１　１．４３４　１．４４０　１．４５Ｏ　一Ｏ．９６５　—１．６９５　—２．７１４　—２．１９８　—１．３６９　—１．３５９　一１．８２０　１．０７４　２．４８５　４．５２３　—２．２０３　—１．３８１　—１．３９２　—１．８２７　１．２１６　２．７３７　４．８９１　６．２４　１．０２９　—１．１４４　—７．７１１　—１１．３　—１５．３７　—１２．７８　７．７０１　１．２５　～１．４０７　—９．４ｌ　—１３．６　—１８．６９　一ｌ５．６　１．０ｏ２　１．０２７　１．Ｏ４８　１．００１　１．２０８　１．１５５　１．１２４　１．ｏ０２　１．ｏ０９　１．０２４　１．００４　１．１３２　１．１Ｏ１　１．Ｏ８１　１．２３　１．２１　１．２３　１．２２　１．２Ｏ　１．２２　１．２２　五、结论　［２］陈宜言．波形钢腹板预应力混凝土桥设计与施工　［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００９．　［３］河南省地方标准．公路波形钢腹板预应力混凝土箱梁　桥设计规范［ｓ］．北京：人民交通出版社，２０１２．　通过本文的分析可得到如下结论：　第一，正应力偏载系数沿纵桥向变化较　大——其值约为１．００１～１．４２８，但除１—１截面　的其他截面正应力偏载系数均在１．２１以下；　［４］李宏江．波形钢腹板箱梁扭转与畸变的试验研究及分　析［Ｄ］．南京：东南大学，２００３．　［５］李宏江，叶见曙，万４．　水，等．波形钢腹板箱梁的扭转　第二，顶板正应力偏载系数普偏高于底板正　应力偏载系数；　与畸变分析及试验研究［Ｊ］．桥梁建设，２００３，（６）：１—　［６］李宏江，叶见曙，万　水，等．波形钢腹板箱梁偏载下　的力学性能［Ｊ］．交通运输工程学报，２０ｏ４，４（２）．２３—　２６．　第三，腹板剪应力偏载系数沿纵桥向变化较　小——其值约为１１．２０～１．２３。　因此，对于本工程，为了便于设计，可取１—１　截面附近的正应力偏载系数为１．５，墩顶附近正　应力偏载系数为１．０５，其他区段正应力偏载系数　为１．２５，全桥的剪应力偏载系数均可取为１．２５。　对于桥跨布置及横桥向布置与本工程相近的工　程，偏载系数可参考本文取用。　参考文献：　［７］林松．某大跨波形钢腹板ＰＣ箱梁桥活载空间效应　研究［Ｊ］．特种结构，２０１３，３０（６）：８０—８４．　［８］中华人民共和国行业标准．公路桥涵设计通用规范　［ｓ］．北京：人民交通出版社，２０／１．　（作者单位：１．河南省交通规划勘察设计院有限责任公　司；２．郑州航空工业管理学院土建学院）　（责任编校：孙咏梅，裴媛慧）　［１］刘海燕．日本修建的波形钢腹扳Ｐｃ箱梁一览表［Ｊ］．　国外桥梁，２００２，３０（１）：５８—５９．