特殊车辆荷载作用下桥梁安全性能分析

娄锋

【摘要】贵州省G210公路泗渡至九节滩段改建工程九节滩桥上部结构为三跨简支整体现浇钢筋混凝土空心板，跨径布置为3×16m，桥梁全长59m，桥面连续。其桥面宽度：0.5m（防撞护栏）+11.5m（行车道）+0.5m（防撞护栏）。原桥设计荷载为公路-I级。现某发电厂为运输变压器等重型设备，需通过此桥梁。本文对此特殊车辆荷载作用下桥梁安全性能进行分析。

【关键词】整体空心板；特殊车辆荷载；安全性能

1、基本概况

贵州省G210公路泗渡至九节滩段改建工程九节滩桥为三跨简支整体现浇钢筋混凝土空心板，跨径布置为3×16m，桥梁全长59m，桥面连续。

其设计荷载：公路-I级；

桥面宽度：0.5m（防撞护栏）+11.5m（行车道）+0.5m（防撞护栏）；

平面线形：桥梁位于直线上，斜交角45°；桥墩、桥台跨径线均为斜向布置。

上部结构整体现浇钢筋混凝土空心板，全桥范围内主梁均为等截面，板宽12.5m，全截面共16个圆形箱室，其直径60cm；顶板厚度为16cm，底板厚度为10cm，边腹板厚度25cm，中腹板厚度16cm。主梁截面如下图所示：

图 1 主梁截面（cm）

本次重载运输车辆荷载示意图如下：

图 2 特殊荷载立面及平面布置示意图（kN，cm）

2、有限元模型[ ][ ][ ]

由于本桥宽跨比较大，本次计算采用梁格法以考虑内力的横向不均匀分布。

主梁梁格劃分如下图所示，横向共划分为2道边梁及15道中梁。桥跨范围内每2m设一道横梁，不计其自重，仅考虑其刚度，其截面采用“二”字形截面，其板厚同空心板顶底板厚度。

图 3梁格划分示意图

本次计算采用桥梁博士3.0进行计算。桥梁博士有限元模型见下图，全桥共划分400个单元，其中纵梁272个单元，横梁128个单元。

图 4 有限元计算模型

3、主梁承载能力验算

根据规范《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021-89）之规定，进行结构承载能力验算时，考虑特殊车辆荷载时，需进行荷载组合Ⅲ的验算。

荷载组合Ⅲ：特殊车辆荷载与永久荷载的组合。

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ 023-85）第4.1.6条至4.1.8条之规定进行纵梁正截面抗弯承载能力验算。

各纵梁受力特性主要表现为简支，故此处仅列出各纵梁跨中位置的正截面抗弯承载能力验算结果，详见表 1。计算结果显示，在荷载组合Ⅲ作用下，纵梁各截面最小强度系数为1.1>1，故，承载能力极限状态下，主梁正截面抗弯承载能力满足规范要求。

4、主梁抗裂性能验算

根据规范《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021-89）之规定，需进行荷载组合Ⅲ的结构裂缝宽度验算。

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ 023-85）第4.2.5条之规定，对各纵梁进行正截面抗裂性能验算。据第4.2.6条之规定，荷载组合Ⅲ作用下，裂缝宽度容许值为0.25mm。

各纵梁受力特性主要表现为简支，故仅取各纵梁跨中附近截面进行抗裂性能验算，抗裂性能验算结果见表 3。由计算结果可知，荷载组合Ⅲ作用下，边纵梁裂缝宽度最大，最大值为0.16mm<0.25mm，故主梁正截面抗裂性能均满足规范要求。

5、结论

本文采用梁格法对九节滩桥进行特殊荷载作用下的承载能力验算及抗裂性能验算。经计算，主梁承载能力及抗裂性能均满足规范要求。

故本桥能够顺利完成本次大件运输任务。

参考文献