搜索【技術文獻】某公路小半徑曲線梁橋設計分析
2016-11-01 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
以某四級公路曲線橋為例,采用Midas/Civil軟件,建立了小半徑曲線梁橋梁格模型,通過對橋梁受力結果的分析研究,以期為今后類似橋梁的設計建造提供參考借鑒.
引言
現階段,為了提升農村地區經濟發展,國家大力推進通村公路的建設。由于通村公路等級低,線形差,彎道多,在橋梁設計中,不可避免的會出現眾多曲線橋。由于曲線橋受力的特殊性,如不加以重視,很有可能會造成重大的安全事故,給人民群眾及國家帶來巨大的損失。
混凝土曲線梁橋成橋后,始終處于彎扭耦合作用的狀態下,當彎扭耦合效應過大時,會使曲線梁內外側受力很不均勻,還可能使其內側支座完全脫空,梁體向外爬移,出現向一側翻轉、開裂等現象,使其使用性能受到重大影響。
現通過某具體項目建立小半徑曲線梁橋梁格模型進行受力分析,以判斷其在實際應用中的可行性,為今后此類橋梁設計建造提供參考依據。
概述
某四級公路曲線橋,主梁外側曲線半徑R=25.5 m,中線曲線半徑R=21.0 m,內側曲線半徑R=16.5 m。上部結構:1 m X16 m整體式現澆鋼筋混凝土簡支空心板;下部結構:兩岸均為重力式U形橋臺,樁基礎。橋面寬度:8. 0 m(行車道)+2 x0.5 m(防撞護欄),全橋寬9. 0 m。全橋長26. 0 m。橋型布置圖見圖1,圖2,上部結構橫斷面圖見圖3。
計算采用的參數
(1)恒載: 一期恒載為主梁重量;二期恒載為橋面鋪裝及防撞護欄重量。鋼筋混凝土容重取 26 k N/m3; 每 側 防 撞 護 欄 取7. 5 k N / m,鋪裝層厚 13 cm,取27k N / m。
(2)活載: 全橋共 2 個車道,汽車荷載為公路—Ⅱ級。
(3)截面及配筋設計: 空心板跨中無橫隔板,兩端各設 50cm實體端橫梁。空心板頂板設置 85 根直徑為 16mm 的HRB400 縱向通長鋼筋,平均間距為8.3 cm; 底板設置 101根直徑為 25mm的HRB400 縱向通長鋼筋,平均間距為10.5cm。每個腹板設置3 肢直徑為 10 mm 的HRB335 箍筋,兩端各 3 m范圍按 10cm 一排縱向間距設置,中間范圍按 20cm 一排縱向間距設置。
(4) 支座設置: 兩端各設置 10 個板式橡膠支座,其中一端為固定,一端為活動。
建模分析
本文采用Midas/Civil 建立有限元梁格模型,共劃分 519個單元,300 個節點。全橋縱向按腹板共劃分 2 道邊梁,10 道中梁;橫向共劃分2 道端橫梁,19 道虛擬中橫梁,虛擬中橫梁截面特性等效于原結構( 參考漢勃力的《橋梁上部構造性能》) 。
(1)本橋屬小半徑曲線梁( 板)橋,安全等級定為Ⅱ級,結構重要性系數γ0= 1.0。
(2)空心板按鋼筋混凝土構件計算。
承載力極限狀態組合:
組合a:1.0自重+1.0收縮+1.0徐變+1.4汽車。
組合b:1.2自重+1.0收縮+1.0徐變+1.4汽車。
正常使用極限狀態短期效應組合:
組合c:1.0自重+1.0收縮+1. 0徐變+0. 627 6汽車(不計沖擊系數)
正常使用極限狀態長期效應組合:
組合d:1.0自重+1.0收縮+1. 0徐變+0. 358 6汽車(不計沖擊系數)。
短暫狀況構件應力計算按標準值組合。
空心板平面結構離散圖見圖4。空心板橫斷面梁格劃分見圖5,空心板整體梁格劃分見圖6。
計算結果
使用階段支座反力計算
豎向支座反力見表1。
負值表示向下,正值表示向上。
支座反力計算見圖7一圖11。
使用階段正截面抗彎承載力驗算(見表2)。
結論:以上為最不利位置,按照JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范第5.2.9條,故主梁抗彎承載力不滿足規范要求。
持久狀況正常使用極限狀態計算
(1)裂縫寬度驗算。
按照JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范第6. 4. 1條,鋼筋混凝土構件在正常使用極限狀態下的裂縫寬度,應按作用短期效應組合并考慮長期效應影響進行驗算。第6. 4. 2條,空心板按鋼筋混凝土構件進行裂縫寬度驗算,按規范規定I類環境下,混凝土構件的最大裂縫寬度不應超過0.2 mm。
根據計算,上部結構最大裂縫寬度在跨中外側邊梁為0. 32 mm,故不滿足規范要求。
(2)撓度驗算。
撓度驗算按照JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范第6.5.3條,按荷載短期效應組合,考慮長期效應的影響,在消除結構自重產生的長期撓度后梁式橋的最大撓度處不應超過計算跨徑的1 /600。
根據計算結果,最大驗算撓度值為33. 7 mm,小于容許值26. 7 mm,故上部結構撓度驗算不滿足規范要求。
按照JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范第7. 2. 4條,受壓區混凝土邊緣的壓應力均滿足規范要求;受拉鋼筋的應力均滿足規范要求;受彎構件中性軸處的主拉應力均滿足規范要求。
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