|
湖北省交通規(guī)劃設計院江城分院 湖北武漢 430100 摘要：本文根據(jù)最新《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG 3362-2018）（以下簡稱“新公橋規(guī)”）中增加的整體式斷面橋梁抗傾覆驗算相關內(nèi)容，結合工程實例，給出了利用有限元計算軟件進行橋梁抗傾覆驗算簡明實用的計算方法，使橋梁設計人員對新公橋規(guī)下橋梁抗傾覆計算方法有更清晰的設計思路。 關鍵詞：橋梁；新規(guī)范；曲線橋梁；抗傾覆計算；有限元軟件 1工程實例計算 本文以462省道恩施市趙家灣至紅土段改擴建工程中的干溝中橋進行計算分析，該橋跨徑為3x16m，位于圓曲線上，曲線半徑30m，橋梁全寬11.5m，上部采用單箱雙室室直腹板截面鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，梁高1.40m ，梁頂寬11.5m，梁底寬7.5m。本橋為典型的小半徑曲線箱梁橋梁，需進行抗傾覆驗算。 根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》 JTG3362-2018 4.1.8條規(guī)定持久狀況下，梁橋不應發(fā)生結構體系改變，并應同時滿足下列規(guī)定： 1 在作用基本組合下，單向受壓支座始終保持受壓狀態(tài)。 2 按作用標準值進行組合時（按本規(guī)范第7.1.1條取用），整體式截面簡支梁和連續(xù) 梁的作用效應應符合下式要求：  式中：kqf ——橫向抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)，取kqf =2.5；  ——使上部結構穩(wěn)定的效應設計值； ——使上部結構失穩(wěn)的效應設計值。本次按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》 JTG3362-2018條文說明4.1.8條提供的驗算方法進行橋梁抗傾覆驗算。 傾覆過程存在2個明確特征狀態(tài)：在特征狀態(tài)1，箱梁的單向受壓支座開始脫離受壓； 在特征狀態(tài)2，箱梁的抗扭支承全部失效。參考國內(nèi)外相關規(guī)范，采用這兩個特征狀態(tài)作為抗傾覆驗算工況。 1 針對特征狀態(tài)1，作用基本組合下，箱梁橋的單向受壓支座處于受壓狀態(tài)。 2 箱梁橋同一橋墩的一對雙支座構成一個抗扭支承，起到對扭矩和扭轉變形的雙重約束；當雙支座中一個支座豎向力變?yōu)榱?、失效后，另一個有效支座僅起到對扭矩的約束，失去對扭轉變形的約束；當箱梁的抗扭支承全部失效時，箱梁處于受力平衡或扭轉變形失效的極限狀態(tài)，即達到特征狀態(tài)2。對特征狀態(tài)2，參考擋土墻、剛性基礎的橫向傾覆驗算，采用“穩(wěn)定作用效應 ≥ 穩(wěn)定性系數(shù)×失穩(wěn)作用效應”的表達式。  圖1特征狀態(tài)2時的有效支座示意 箱梁橋處于特征狀態(tài)2時，各個橋墩都存在一個有效支座，如圖1。穩(wěn)定效應和失穩(wěn)效應按照失效支座對有效支座的力矩計算： 穩(wěn)定效應：  失穩(wěn)效應：  式中：  ——第i 個橋墩處失效支座與有效支座的支座中心間距； ——在永久作用下，第i 個橋墩處失效支座的支反力，按全部支座有效的支承體系計算確定，按標準值組合取值； ——在可變作用下，第i 個橋墩處失效支座的支反力，按全部支座有效的支承體系計算確定，按標準值組合取值，汽車荷載效應（考慮沖擊）按各失效支座對應的最不利布置形式取值。綜合可知求解穩(wěn)定效應即需求出成橋狀態(tài)下橋梁恒載對應的支座反力，這一步比較簡單，通過手算可以得到或建立有限元模型運算后直接查取。 而求解失穩(wěn)效應則需要求解曲線各墩頂內(nèi)側支座在活載作用下，某一個支座反力最小時對應的最不利布載下，全橋所有支座活載引起的支反力。（例如在使得0-2支座活載引起的支反力最小的最不利布載情況下，對應的0-1、0-2、1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2支座由活載引起的支反力數(shù)值） 這里我們可以通過MidasCivil軟件里面的移動荷載追蹤器，選擇汽車荷載工況下，曲線橋內(nèi)側某個支承節(jié)點，根據(jù)移動荷載分析生成選中支承節(jié)點處反力最小值，利用“輸出最小/最大荷載文件”功能，在完成影響線或者影響面分析后，將移動荷載工況產(chǎn)生的最大或者最小值結果轉化為靜力荷載，生成MCT文件。然后利用MCT工具欄導入運行移動荷載轉化為靜力荷載的MCT文件，將縱向靜力模型再次運行后，查看對應的荷載組合下的支反力，即為某個支座反力最小時，對應全橋各個支座的反力值。以此類推，曲線橋內(nèi)側有幾個支座，我們就可以得到幾組數(shù)值。這些支座反力數(shù)值就是我們需要求解的失穩(wěn)效應  。下面結合實際工程算例對這個方法進行詳細描述，干溝中橋為曲線梁，采用空間有限元程序建立縱向靜力模型，對結構的施工階段和運營階段均進行承載能力極限狀態(tài)以及正常使用極限狀態(tài)的計算。 全橋共劃分47個節(jié)點，46個橋面元，8個永久支撐元，結構計算模型及特征狀態(tài)2時的有效支座示意如下圖：  圖2干溝中橋特征狀態(tài)2 時的有效支座示意 模型建立完畢運算后，我們從主菜單中選擇結果 >移動荷載結果 >移動荷載追蹤器 >反力。 荷載工況選擇MVmin，支撐節(jié)點輸入0-2#支座對應的節(jié)點號，反力類型選擇“FZ”，點擊“適用”后再點擊“輸出最小/最大荷載文件”即可得到使得0-2#支座反力達到最小時的移動荷載布載形式轉化為的MCT文件，運行此MCT文件后可查看對應荷載工況下的全橋支座反力 如下： 圖3 按照相同的方法我們可以以此求取 ，，。然后可以按規(guī)范公式利用求取得到的失穩(wěn)效應值與穩(wěn)定效應值并求取抗傾覆系數(shù)。2結論 經(jīng)多個工程實例的計算，本文介紹的方法緊密貼合最新《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG 3362-2018）對橋梁的抗傾覆驗算的方法及理論，在建立上部縱向靜力模型的同時經(jīng)過簡單的操作即可完成橋梁的抗傾覆驗算，方法簡明實用，提高工作效率的同時，使橋梁設計人員對新公橋規(guī)下橋梁抗傾覆計算方法有更清晰的設計思路。 參考文獻： [1]高樹明.彎橋抗傾覆分析.內(nèi)蒙古公路與運輸，2013年第5期,22~24頁 [2]孫廣華.曲線梁橋計算[M]北京；人民交通出版社，1995. 作者簡介：陳楊（1993－）、男、麻城、助理工程師、學士、湖北省交通規(guī)劃設計院江城分院。 |
|
|
