恒载作用下简支预应力混凝土宽桥空间效应分析

樊文才1,2

樊文才1,2

（1.苏交科集团股份有限公司，江苏，南京，211112）

（2.长大桥梁健康检测与诊断技术交通行业重点实验室，江苏，南京，211112）

【摘要】针对宽桥受力复杂、空间效应显著的特性，立足西安秦王二桥典型工程实例，基于桥梁博士V3.2平面模型、MidasCivil梁格法、MidasFEA三种方法，对比分析了跨径52m、桥宽39m的PC简支梁桥力学性能。结果显示：横向设置3支座时，支座反力分布不均匀；箱梁跨中增设横隔梁，有利于支座反力均衡。

【关键词】宽桥；梁格法；MidasFEA；支座反力

为适应当下日益增加的交通流量，新建桥梁的宽度一般较大，其宽跨比接近甚至大于1，因荷载横向分布与结构尺寸密切相关，致使桥梁结构整体受力复杂，空间效应突出，此类宽桥的计算原理、设计方法、施工工艺等具有与普通梁桥差别显著的自身特点[1-5]。

本文立足典型工程实例，基于设计的角度，研究此类桥梁结构的空间受力特性，为该类工程项目提供参考，具有较好的理论和工程使用价值。

1．工程概况

拟建秦王二桥位于西安渭北（临潼）工业园区秦王二路上，跨越渭河，其中主桥为（136+208+136）m的三联下承式系杆拱与斜杆的组合桥梁结构，两侧边孔为跨径52m的等高度PC简支箱梁，桥面宽度均为39m，简支梁桥宽跨比B/L=0.75。

跨径52mPC简支箱梁，单箱五室截面，箱梁顶板宽39m，底板宽18.5m，桥梁中心线处主梁梁高3.5m。箱梁两侧各设置4m大悬臂结构，悬臂根部高0.7m，端部高0.2m。箱梁顶板厚0.26m，底板、斜腹板均为0.25m，中间直腹板0.5m~0.9m。

主梁采用纵横向预应力体系，腹板束采用19-φs15.2；底板束采用12-φs15.2和15-φs15.2；横向束采用3-φs15.2，纵向布置间距0.5m。

2．横梁平面模型分析

2.1计算分析参数

采用满堂支架现浇施工方案，结构荷载考虑结构自重及二期恒载。

箱梁顶板宽39m、底板宽18.5m，横向宽度较大，初设考虑采用横向布置3支座，支反力依次定义为F1、F2、F3，见图1所示。

图1支座布置（单位：cm）

2.2桥梁博士模型

采用桥梁博士V3.2程序，端横梁宽2m，横向共划分40个单元，计算模型如图2所示。

图3横梁位移图(单位：m)

3．箱梁空间效应分析

对于箱梁宽度较小的桥梁可以采用杆系梁单元进行模拟，而且可以得到比较准确的、可以直接应用于工程实际的各项计算结果，但是对于超大宽度或变宽的PC连续梁桥，梁单元杆系模型并不能够精确的模拟出箱梁的横向弯曲、内力的横向分布以及箱梁的扭转效应，本文采用能充分考虑宽幅桥横向受力特点的梁格法及实体模型对比分析。

3.1MidasCivil梁格法模型

将整体箱梁截面依据腹板划分为6片梁，并对悬臂结构增设虚拟边构件和边横构件，建立梁格法有限元模型。

基于52m简支梁跨径加大，考虑在跨中位置增设宽度0.5m横隔梁对比分析。

恒载作用下支反力如图4、图5所示。具体支反力见表1

表1支反力

3.2MidasFEA模型

midasFEA是一款专门为土木结构细部分析和非线性分析提供整体解决方案的通用软件，鉴于宽桥受力复杂性，为能准确模拟结构性能，采用FEA实体模型并与MidasCivil梁格模型对比分析，同样考虑在跨中位置是否增设宽度0.5m横隔梁两种工况。

3.3结果分析

计算结果显示：Midas/Civil梁格模型与FEA实体模型计算结果基本一致，数据误差较小；横桥向布置3个支座，支反力分布不均匀，中间支座反力较小约为边支座的20%左右。

表2支反力

箱梁悬臂较大，支座中心线距离梁外边缘12m，在恒载作用下悬臂端下挠，致使横断面中间支座受力较小；箱梁跨中增设宽度0.5m横隔梁时，箱梁整体刚度增大，有利于横向3个支座的反力趋于均匀。

根据分析，横向设置3支座时，支反力分布严重不均匀，中间支座无法正常发挥其同效功能，致使边支座受力较大，在成桥运营过程中容易造成其损坏，影响桥梁结构安全，设计中最终取消中间支座，横向布置2支座，中心间距15m。

4．结论

采用MidasCivil梁格模型与MidasFEA计算较宽整体结构箱梁桥，二者结果基本一致，均能有效反应结构横向受力状态。

对于较宽桥梁横向设置3支座时，支座反力分布不均匀，中间支座反力较小。

对于较宽桥梁增设横隔梁可提高其整体刚度，有利于支座反力均衡分布。

参考文献：

[1]徐亮，左丰年.江六高速公路扬州南绕城段拼宽桥梁动态设计[M].现代交通技术，2012，9(3):30～32.

[2]马琳，高建军，赵兴中.特宽桥梁的计算探讨[M].城市道桥与防洪，2012，12:65～67.

[3]李睿，叶燎原，宁晓俊,李新乐.城市特宽桥问题的提出及研究[M].昆明理工大学学报，2002，27（2）:56～58.

[4]王富万，杨文兵.梁格法在桥梁上部结构分析中的应用[J].华中科技大学学报(城市科学版).2006,5:80—82,90.

[5]徐优，刘钟仁.梁格法在变宽箱梁配束中的应用[J].桥隧工程.2010,4:43—44,51.