宽体上承式梁拱组合精细化计算分析

余郁 陈晓飞 熊文

以扬州观潮路跨古运河大桥为工程背景，利用大型通用有限元程序ANSYS建立三维实体单元模型，对该桥施工及运营阶段进行分析，并与桥梁专用有限元软件MIDAS civil建立的模型相互验证。本文ANSYS建立的模型得出的支座反力与施工线形与已有的MIDAS建立的模型的计算结果相对比。

一、主要技术标准

1.道路等级：城市次干路；2.设计速度：40km/h；

3.设计荷载：

汽车荷载等级：城-A级；

人群荷载及非机动车道荷载：按照《城市桥梁设计规范》（CJJ 11-2011）[11]相关条文取值。

4.桥梁宽度：总宽30m，横向布置为2m（人行道）+4m（非机动车道）+1.5m（分隔带）+15m（机动车道）+1.5m（分隔带）+4m（非机动车道）+2m（人行道）。

5.桥面纵坡：桥梁纵坡为2.5%；

6.桥面横坡：桥梁设双向1.5%的横坡；

7.桥梁设计基准期：100年；

8.环境类别：I类；

设计安全等级：一级；结构重要性系数：1.1；

二、设计荷载计算结果对比

由MIDAS软件可以得到中跨跨中截面、边梁与拱结合截面、中跨与拱结合截面的弯矩影响线。如下图：

中跨跨中截面弯矩影响线

边梁与拱结合截面弯矩影响线

中跨与拱结合截面弯矩影响线

三、施工阶段竖向反力对比

本项目以扬州市观潮路跨古运河大桥作为背景工程，对空腹式刚架拱桥施工阶段进行了模拟，考虑各施工阶段ANSYS与MIDAS计算结果的差异。建立ANSYS模型如下：

各施工阶段总反力汇总表（单位：N）

误差分析：

MIDAS与ANSYS建模的差异：MIDAS未考虑横、纵坡，ANSYS考虑了横、纵坡；MIDAS未建出横隔板，而是把横隔板的重量以均布荷载的形式作用在桥梁结构上，而ANSYS建出了横隔板；MIDAS模型拱板未挖孔，而ANSYS模型考虑了由施工带来的拱圈挖孔；MIDAS模型桥墩与ANSYS拱座形状不完全一致。这些差异导致MIDAS模型与ANSYS模型反力结果有一定误差，但是最大误差为6.3%，其余都在5%范围内。因此，可以认为利用有限元软件ANSYS分析的反力结果与MIDAS计算的结果是比较接近的，由此从支座反力角度验证了本文利用ANSYS建立模型的正确性与合理性。

另外不论是MIDAS模型还是ANSYS模型，从反力的分布都可以看出来：自第二个施工阶段起，由于张拉预应力，梁体与支架均发生不同程度的脱空现象，可能危害到施工阶段的安全以及施工的质量。