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收稿日期：文章编号：（）文献标识码：预制拼装梁桥设计杨晨辉，赵翔宇（新疆交通规划勘察设计研究院有限公司，新疆乌鲁木齐 ）摘要：以 有限元软件建模模拟的方法探讨 梁桥构造设计的优化措施。在 块处，通过吊装 块到位后现浇部分普通混凝土补强的方法提高 块整体性能；在普通预制节段，提出通过环肋加劲构造提高 薄壁箱梁抗扭转畸变性能。关键词：；块设计；环肋加劲构造；桥梁 块设计研究因 强度较高，在设计时往往会采用轻型化设计，因此所用板厚往往较小，以使其材料性能能够得到有效发挥。以该思路为基础，为降低吊装重量，需尽可能缩小 块尺寸，但支座有较大反力，为使支座集中力有效分散和传递，需施加较厚的板加以支撑。综合考虑之下，共设计出两种方案，分别是：一是全预制 。施工时一次性吊装到位，以确保施工速度；二是部分预制 现浇普通混凝土。施工时先预制部分的 块并吊装到位，再现浇普通混凝土，该种施工方案不仅可以减小吊装重量，现浇混凝土也可有效避免 严格的养护条件。以中支点 块为研究对象，所建模型里共有 个预制拼装节段，节段有 长。建模时不对接缝构造的影响做出考虑，假定接缝传力良好，接缝出施加绑定约束，即固定接缝面以确保无相对滑移。建模模拟所用单元为六面体实体单元，以 的网格尺寸加以划分。以固定支座处为边界条件，从 模型中提取梁端内力，具体结果见表 。因支座的数量及布置方式会影响到其反力数值，进而影响 设计，因此，在设计前需要先对支座布置进行比选。表 模型端部对应截面内力表单元荷载轴向（）剪力 （）弯矩 （）恒 活 支座选择以某 的梁桥为研究对象，该桥梁中支点处在标准值组合工况下有 的支反力值，因反力值较大，故在设计时选择盆式橡胶支座。表 两支座设计下各厚度下 块的计算结果表腹板厚 底板厚 顶板厚 最大主拉应力 最大主压应力 从表 看，当横向布置有两支座时，人孔下侧的拉应力值最大，梁底面支座的压应力最大。在腹板和底板厚度均不断增加时，最大主压应力始终保持在设第 期（总第 期）华东公路 （）年 月 日 计值以下，而最大主拉应力则大于抗拉强度设计值，验算不通过。最大主拉应力无法达标的原因是桥梁横截面共有三块腹板，中腹板需借助 块横向传递受力，使得 块计算时出现显著的横向剪切变形，横桥向的拉应力和剪应力均较大。后续设计时均以横向布置三个支座为准。当三个支座横向布置时，单个支座反力为 ，所选支座型号为 ，支座和梁体通过 的钢板进行接触。全 预制 块设计在设计验算全 预制的 块时，各板厚均有所增加，分别以 、和 作为板厚。计算结果见表 。表 各厚度下 块计算结果表腹板底板厚 顶板厚 最大主拉应力 最大主压应力 从结果看，横向布置三支座时，腹板传递的力直接传递到支座，使力的传递途径得到简化，降低了块的横向应力，无需同一般混凝土 块一样设置较大的板厚。在板厚降低至 时，在支座周边底板上缘出现 的最大拉应力，在 设计值之上。在 板厚下有 的最大拉应力，满足设计要求。从上述计算结果可以看出，块的设计主要由主拉应力控制。在传递支座力时剪应力较大，且也有较大的抗压强度储备。块最终设计见图 。图 块设计截面 部分 预制加现浇普通混凝土上文仅整体计算了全 预制 块模型，未对局部预应力转向和锚固时的应力集中问题作出考虑，此外，在设计时仍需确保 块有足够的的横向刚度，以保障横向受力性能满足要求。从上述分析看，即使所用的是 材料，块仍需较大的板厚，以确保横向刚度满足要求。增加板厚会增大 块自重，而越大的 块自重下运输设备和吊装设备的要求越高，不利于结构轻型化和便于吊装施工的设计思路。基于此，本文设计出如图 所示的部分预制的 块。图 零号块设计截面图以 软件进行建模计算，将所得结果中 部分的拉应力和普通混凝土的拉应力提取并汇总，如表 所示。表 部分 预制 普通混凝土现浇类型 部分现浇混凝土部分最大拉应力 最大压应力 从结果可以看出，剪应力和纵向弯曲变形是导致主拉应力的主要原因。背景桥梁的 块节段有 长度，若使用的是全 预制，则有 的体积，节段有 的重量，若所用为部分预制 现浇 混凝土的梁块，则 体积为 ，吊装重量为 ，约降低 。对比之下可知道，全预制 的 块的优点有：结构整体性强，构件成型块，吊装施工速度快。部分预制 现浇普通混凝土的 块的优点有：块整体刚度较强，块吊装重量轻，越大的桥跨下，越重的 块时有越明显的效果，但也有如下不足：需将连接钢筋预埋到 中以确保 和普通混凝土界面连接性能，且为避免普通混凝土的裂缝病害，所用普通钢筋数量应足够多；需现浇并养护普通混凝土直到其强度满足设计要求，且现场有较大的施工复杂程度，施工时间较久。一般位置环向加劲构造在 里也设置相应的横隔板，且其刚度保持在普通混凝土桥梁和钢箱梁之间，基于此，设计出与横隔板类似的环向加劲肋构造，其刚度稍小于横隔板，但具备相应功能，可提供板件局部稳定性，并减 年第 期杨晨辉，等：预制拼装梁桥设计 小薄壁箱梁的扭转畸变。因本文以预制拼装结构为研究背景，预制节段有长度，因此需将环向加劲肋设置到预制节段两端，具体如图 。图 环肋加劲的构造尺寸图 环肋加劲构造对桥面板受力的影响将环肋加劲设置到节段两端时，考虑到其恰好为接缝处，可能需要将剪力键等布置到环肋加劲构造中，因此设计时环肋的初定厚度为 。以跨中位置 个预制拼装节段为依托，在模型中固定梁端。不考虑接缝相对滑移，假定接缝受力良好。所用荷载为标准车辆荷载，横向共有 台车辆，且均正压于环形加劲肋上。以六面体实体单元建模，以 控制网格尺寸。环肋加劲高度分别为 、和 。计算结果如图 所示。图 不同环向加劲肋高度下横向沿着加劲肋的直线时局部变形图可见，环向加劲构造可有效加劲桥面，降低车轮作用下桥面板的应力和变形。在 的加劲肋高度下有 的最大拉应力，相比于未设置环肋构造时约有 减少；两块腹板间距为 ，局部有 的挠跨比，比未设置环肋构造时有 减少。以 作为桥面板厚度时，因有较小板厚，使得桥面板有较大的局部应力，所采用环向加劲肋高度应较高。若采用较大板厚，则可适当减小所搭配环向加劲肋的高度，但和增大板厚相比，增加环向加劲肋高度的方式可使局部应力更显著降低。环肋加劲构造对 薄壁箱梁受力的影响以三个标准预制拼装节段为对象模拟分析环肋对腹板受力的影响。建模时不考虑接缝位置的相对滑移，假定接缝有良好的受力性能，以六面体实体单元进行建模，以 控制网格尺寸。固定模型一端，将 轮载集中力施加到另一端的边腹板，以探讨环肋高度不同时，偏载作用下箱梁的变形情况。所得结果如表 所示。表 不同环肋高度下腹板的计算结果对比表环肋厚度 主拉应力 主压应力 位移 从结果看，相比于无环肋构造的工况，在 的环肋下，角点偏载下箱梁的受力有较大改善，主拉应力约降低 ，主压应力约降低 ，变形约降低 。结语（）全 预制 块有较小的截面厚度，应力有较大储备，可使开裂风险降低，但其仅有较小的横向刚度，需增设中腹板支座以增加传力路径，以减少横向传递的力；预制结合部分混凝土现浇的块预制节段的吊装重量较小，横向刚度较大且整体受力性能较好，但施工时需现浇部分混凝土，因此要考虑 和普通混凝土的界面连接质量。（）环向加劲构造可有效加劲桥面，车轮作用下桥面板的应力和变形减小。相比无环肋构造，在 加劲肋高度下，最大拉应力和局部挠跨比均有所减少。环向加劲肋可以有效加强薄壁箱梁的整体性能，使偏载作用下箱梁的扭转畸变有效减小。参考文献 黄卿维，沈秀将，陈宝春，傅元方 韩国超高性能混凝土桥梁研究与应用 中外公路，（）：华东公路 年第 期