大跨径铁路刚构‐连续组合梁桥静动力分析

2017-07-20

四川水泥 2017年6期

（重庆交通大学土木工程学院重庆 400074）

大跨径铁路刚构‐连续组合梁桥静动力分析

方传俊

（重庆交通大学土木工程学院重庆 400074）

本文通过铁路大跨径预应力混凝土刚构-连续组合梁桥与连续梁桥和连续刚构桥的静动力对比分析，结合模型试验，探讨刚构-连续组合梁桥的力学特性和使用性能，对于完善大跨径刚构-连续组合梁桥的设计理论、确保结构安全、设计合理及指导工程施工方面具有重要参考价值。

铁路刚构-连续组合梁桥；静力分析；预应力混凝土；模型试验

1.概述

连续梁桥在结构体系上可分为连续梁桥、连续刚构桥和刚构-连续组合梁桥等，这些桥型受力相近，但在使用上各有特色。

连续梁桥除两端外无伸缩缝，有利于行车，但需墩梁临时固结和体系转换，需设大吨位盆式支座，费用高，养护工作量大。

连续刚构桥墩梁固结，利用高墩的柔度来适应结构由预应力、混凝土收缩、徐变和温度变化所产生的位移。它保持了连续梁的优点，同时墩梁固结节省支座费用，并改善了水平荷载下结构的受力性能。但是在联长的增大，在温度、混凝土收缩徐变等荷载的作用下，墩顶和主梁将产生很大的顺桥向水平和转角位移，墩顶位移也随之增加，并产生不可忽视的附加弯矩，因此，多跨一联的连续刚构桥难以突破联长的限制[2]。

连续-刚构组合梁桥是连续梁桥与连续刚构桥的结合体，通常是在一连连续梁的中部采用墩梁固结的刚构，边部设置支座的连续梁结构。刚构-连续组合梁桥兼顾了连续梁桥和连续刚构桥的优点而扬弃了各自的缺点，在结构受力、使用性能等方面具有一定的优越性[3]。

2.结构体系静力分析

2.1实例介绍

本文通过刚构-连续组合梁桥与连续梁桥及连续刚构桥的实例对比分析，并结合模型试验来探讨刚构-连续组合梁桥的静力特性和使用性能。该桥主桥上部为预应力混凝土变截面刚构-连续箱梁结构，主跨为:70+120+70=260m,单幅净宽14m，设计荷载为列车中-活载，箱梁采用三向预应力结构，采用挂篮悬臂浇筑。

2.2结构体系对比分析

维持主跨规模不变，探讨刚构-连续组合梁桥的整体受力特点，对刚构-连续组合梁桥、连续梁桥和连续刚构桥进行对比分析。

（1）参照该桥的结构体系和构造尺寸，分别计算三种桥型在恒载、活载和温度变化等荷载作用下，该桥梁控制截面的内力。

（2）计算内容。主要包括内力和位移。内力有结果自重、二期恒载、中-活载及均匀升温、均匀降温时结构控制截面的M,N,Q。

（3）内力对比。在不同体系的内力分析中，采用了两种内力组合，其中组合一为自重、二期恒载与中-活载的组合；组合二为自重、中-活载及温度变化的内力组合[4]。

2.3内力对比分析结论通过以上三种结构体系在不同荷载工况下的内力对比，可以得到以下结论：（1）上部结构弯矩：连续梁桥的跨中弯矩较大，连续刚构桥的支点弯矩较大，刚构-连续组合梁桥居中。

（2）下部结构弯矩：设双支座的桥顶部位弯矩比固结的墩顶部位弯矩大3~4倍。在桩顶部位，固结墩比双支座墩要打10倍以上。

（3）轴力：连续刚构桥主梁部分受轴力的影响大一些；连续梁桥下部结构受轴力的影响大一些。

（4）剪力:主梁正弯矩控制截面的剪力，三种不同结构体系相差不大；连续刚构桥下部结构的剪力要大一些。

（5）总之，三种桥型结构体系分析中，无论弯矩、剪力和轴力，总体上说，刚构-连续组合梁桥比连续梁桥及连续刚构桥要略小一些。

3.结构体系动力特性

主要分析了连续梁桥（桥型一）、连续刚构桥（桥型二）和刚构-连续组合梁桥（桥型三）三种桥型的动力特性。计算了三种桥型前200阶振型，下表列出前10种动力特性的描述。

3.1各桥型动力特性描述

从上表可看出三种桥型的前五阶振型相同；第六阶振型桥型二和桥型三一致，都为三阶正对称侧弯，桥型一出现了一阶反对称竖弯；第七阶振型三种桥型一致；第八阶振型桥型二为四阶正对称侧弯，桥型一、三分别提前出现了一阶反、正对称竖弯；第九阶振型桥型二为一阶反对称竖弯，桥型一、三为四阶正对称侧弯；第十阶振型桥型二、三为一阶正对称竖弯，桥型一出现了二阶反对称竖弯。以上说明，随着墩梁固结被墩梁支座连接所替代，竖弯振型提前出现。同时，各阶振型对应的频率逐步降低，说明结构的整体刚度在下降，特别是竖向刚度下降更快。