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梁桥
某斜交
空心
板梁桥
荷载
试验
空间
效应
分析
文章编号:()某斜交空心板梁桥荷载试验空间效应分析周爱国(佛山市路桥建设有限公司,广东 佛山 )摘要:该文运用大型分析软件 建立三维有限元模型,对斜交板桥与正交板桥进行对比分析,通过实桥荷载试验验证了斜交板桥由于弯扭耦合作用,导致了板桥跨中弯矩折减,其跨中的挠度变形和应变变形都比正交板桥小,且由于斜交角度的影响,斜交板桥的振动基频和模态也有别于正交板桥。关键词:斜交板桥;荷载试验;弯扭耦合收稿日期:(修改稿)作者简介:周爱国,男,大学本科,高级工程师 :引言随着交通运输事业的发展以及城市现代化建设的加快,桥梁在日益繁忙的公路和城市交通中显得尤为重要,斜交空心板桥由于结构轻巧和施工简便而被广泛应用于高等级公路和城市立交工程中。但是,至今为止还没有一套系统完整的方法来设计和计算预应力混凝土斜交空心板桥,规范对此也没有具体的规定,使该种桥型的设计计算很不方便,也导致预应力混凝土斜交空心板在使用期间出现较多的病害。因此对斜交板桥进行系统的研究具有理论和工程实际意义。与正交板桥相比,斜交板桥存在许多特殊之处。斜交板的受力情况会随着宽跨比、抗弯刚度、抗扭刚度、斜交角度、支承条件、荷载形式的不同而变化。归纳起来,斜交板桥有如下受力特点:()弯扭耦合如图所示的单跨斜交梁桥,支座支座的反力(即)为:,烍烌烎()式中:、为左右梁端剪力,数值上为各反力的代櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙 ():夏禾车辆与结构动力相互作用北京:科学出版社,():,():方志,殷新锋,彭献非匀速车辆与随机路面桥梁的耦合振动分析振动与冲击,()张立军,张天侠车辆非匀速行驶时路面随机输入的时频研究汽车工程,(),():谢旭,朱越峰,申永刚大跨度钢索和 索斜拉桥车桥耦合振动研究工程力学,()郭薇薇,夏禾,徐幼麟风荷载作用下大跨度悬索桥的动力响应及列车运行安全分析工程力学,(),():,():彭献,殷新锋,方志 变速车辆与路面不平弹性支撑桥梁的耦合振动分析振动与冲击,()中外公路第 卷第期 年月R2R1PlR3R4x=lb图单跨斜交梁桥示意图数和,即:()、为左右梁端与、与对梁轴的力矩,即:()()烍烌烎()式中:为主梁弯扭刚度比,;为抗弯刚度;为抗扭刚度;为计算跨径;为集中荷载作用的相对位置。进而有:,(),()()烍烌烎()式中:;为支座间距。进一步可得内力:()()式中:为所示内力的截面位置与的比值。当集中力作用于梁轴线上时,除了产生内力弯矩外,还要产生扭矩。在正交简支梁及固端梁中是不会有产生的。这说明斜交梁桥具有弯扭耦合特性。()反力分布钝角反力、大于锐角反力、。二者的反力差与斜度及抗扭刚度比有关。斜度越大,二者的反力差越大;抗扭刚度比越小(即抗扭刚度越大),二者反力差越大。即在钝角反力增大的同时,锐角的反力在减小,甚至可能出现负反力。()跨中弯矩折减斜交梁桥弯扭耦合的直接后果即是跨中弯矩折减,即相对正交简支梁而言,它的弯矩要小。斜交梁桥与正交简支梁相比,跨中弯矩减少了 。斜度越大,弯矩折减就越大;弯扭刚度比越大,弯矩折减也就越大。工程概况某大桥位于直线段上,该桥斜交角度为 ,跨径组合为 预应力混凝土空心板,空心板高 。桥面宽度,单向四车道,由 片预应力空心板组成,预应力混凝土空心板采用 混凝土。下部结构桥墩均采用预应力盖梁桩柱式桥墩,墩桩柱采用 混凝土。桥面铺装为 厚 防水混凝土,支座采用板式橡胶支座,伸缩缝采用 型伸缩缝。该桥为一级公路,荷载等级为公路级,设计 行 车 速 度 为 ;地 震 动 峰 值 加 速 度为 。荷载试验 试验目的与对象通过检测,判断桥梁的工作状态,并根据桥梁检测和荷载试验结果,结合结构计算分析,对桥梁承载能力、工作状态进行综合评估,为工程的交工验收提供质检评定资料。根据现场条件,荷载试验选取一跨 斜交预应力混凝土空心板作为试验桥跨,截面形式见图。?1#板2#板3#板4#板5#板6#板7#板8#板9#板10#板1 70018 cm厚C50防水混凝土图桥梁结构形式(单位:)试验加载布置在设计荷载公路级作用下计算 跨(考虑冲击系数)设计最大弯矩为 。考虑现场组织标准车队困难,采用弯矩等效原则,试验选用台 加载车辆,按图的试验载位进行加载(采用三级加载方式),则计算在该试验荷载作用下,空心板控制截面的试验弯矩为 ,荷载效率为 ,满足 大跨径混凝土桥梁的试验方法 的要求。年 第期周爱国:某斜交空心板梁桥荷载试验空间效应分析?A截面1 7005#墩6#墩2 0002 2071 1031 103242158158242657071991991995514314355图试验桥跨平面图及加载方式(单位:)仿真分析采用空间有限元软件 对该桥试验跨进行三维实体计算分析,考虑了混凝土桥面铺装的作用及 的斜交角度,该桥共划分了 个网格单元,荷载采用与实际相符的汽车荷载,具体计算模型见图。图试验桥跨荷载试验实体模型数据分析数据分析结果见表及图、。表实测应变与理论应变对比分析测点位置应变实测值理论值(斜交)理论值(正交)校验系数(斜交)校验系数(正交)梁 梁 梁 梁 梁 梁 梁 梁 梁 梁 表实测挠度与理论挠度对比分析测点位置挠度实测值理论值(斜交)理论值(正交)校验系数(斜交)校验系数(正交)梁 梁 梁 梁 梁 梁 梁 梁 梁 梁 中外公路第 卷表实测振动频率与理论振动频率对比分析阶次频率 实测值理论值(斜交)理论值(正交)频率比(斜正)阶 (阶竖弯)(阶竖弯)(阶竖弯)阶 阶 阶 阶 应变值/1#梁2#梁3#梁4#梁5#梁6#梁7#梁8#梁9#梁10#梁200406080100120实测值理论值(斜交)理论值(正交)测点位置图实测应变与理论应变对比分析挠度/mm1#梁2#梁3#梁4#梁5#梁6#梁7#梁8#梁9#梁10#梁实测值理论值(斜交)理论值(正交)876543210测点位置图实测挠度与理论挠度对比分析从表可以看出,按斜交板计算的校验系数为 (偏载侧梁梁),而按正交板计算的校验系数为 ,这是由于斜交梁桥弯扭耦合,导致了跨中弯矩折减,故按正交梁桥计算的应变理论值偏大。从图可以看出,按斜交计算的理论应变与实测应变的变化情况相吻合,斜交板计算模型比正交板计算模型更贴近实际情况。从表可以看出,按斜交板计算的校验系数为 (偏载侧梁梁),而按正交板计算的校验系数为 ,这是由于斜交梁桥弯扭耦合,导致了跨中弯矩折减,故按正交梁桥计算的位移理论值偏大。从图可以看出,按斜交计算的理论位移与实测位移的变化情况相吻合,斜交板计算模型比正交板计算模型更贴近实际情况。从表 可 以 看 出,实 测 阶 竖 弯 振 动 频 率为 ,按斜交板计算的理论值为 ,而按正交板计算的理论值为 ,按斜交计算的阶频率更符合实际情况。虽然阶频率的斜交计算值与正交计算值相差不大,但它们的振动模态有所不同。结语运用大型分析软件 建立三维有限元模型,对斜交板桥进行对比分析,通过实桥荷载试验验证了斜交板桥由于弯扭耦合作用,导致了桥梁跨中弯矩折减,其挠度变形和应变变形都比正交板桥的小;由于斜交角度的影响,斜交板桥的振动基频和模态也有别于正交板桥。参考文献:邵旭东桥梁工程北京:人民交通出版社,项海帆高等桥梁结构理论北京:人民交通出版社,张 元 海桥 梁 结 构 理 论 分 析 北 京:科 学 出 版 社,魏炜,李满囤钢筋混凝土斜板桥极限承载力试验西安公路大学学报,()黄 平 明混 凝 土 斜 梁 桥 北 京:人 民 交 通 出 版 社,谌润水,胡钊芳 公路桥梁荷载试验 北京:人民交通出版社,公路桥涵设计通用规范刘旭政,商岸帆,黄平明 斜拉桥荷载试验工况合并研究中外公路,()曹琳,潘丽云 弯桥荷载试验研究 中外公 路,()年 第期周爱国:某斜交空心板梁桥荷载试验空间效应分析