无梁板在极小半径弯桥中的应用及其受力分析

2020-11-27李沁泉

商品与质量 2020年27期

李沁泉

湖南发通路桥集团有限公司湖南郴州 423000

无梁板桥已经有了很多年的应用历史，此种桥梁的上部结构高度相对较小，给桥下留有较大空间，能够大大减小总体的桥长。同时其具有较强的整体性和适应性，应用上较灵活，并且施工模板相对简单。正是由于无梁板桥具有这些特点，将其应用于小半径弯桥施工方面非常适合净空受限条件下的桥梁建设。

1 案例基本情况概述

某桥梁位于平曲线半径R=25m 的弯道上，桥梁所跨河道水面宽度为37m，在洪水期该位置作为泄洪通道，所以为了避免水位上涨而影响正常通行，需要桥下具有较大的过水断面，结构建筑高度保持在0．7m 之内。桥梁宽度方向主要包括三部分，分别为：人行道（3m 宽）、机动车道（10．2m 宽）、人行道（3m 宽），上部采取55cm 等厚实心板设置，下部采取的是柱式墩，采取的是钻孔灌注桩基础[1]。

2 有限元计算模型建立

2.1 模型单元的设置

为了确保所建立的模型可以更加准确的反映出桥体受力情况，在进行有限元模型建立过程中一定要充分考量到不同部位的特点。对于上部的无梁板来说，可以利用空间实体单元对其模拟；对于桥桩和柱来说，可以利用空间梁单元对其模拟；对于桥台位置橡胶支座来说，可以利用弹簧单元对其模拟。

2.2 确定相应的边界条件

在确定模型相应边界条件时，一定要确保其符合实际桥梁载荷要求，对其进行有效约束，同时要充分考量到支座弹簧刚度方面的要求以及地基土对于桩基弹簧约束刚度情况。

2.3 基本工况载荷的确定

为了全面验证桥梁的受力情况，要按照具体的设计需求针对关键控制面（主要包括支点、跨中点、4 分点）添加相应载荷，主要包括：恒载荷、汽车载荷、人群载荷、温度梯度以及沉降等，按照这些载荷组合最不利状态对不同控制面加载。为了能够更加明确无梁板小半径弯桥受力特点，分别针对不同载荷实施单项加载。

3 计算结果分析

3.1 无梁板变形以及应力结果分析

第一，对于极小半径弯桥来说，其最显著的特点之一就是内外弧受力具有非常大的差异，但是绝大部分小半径弯桥都应用在城市的匝道桥方面，一般情况下桥面宽度都在10m 之内，底板宽度主要在6m 之内，所以在具体应用过程中，断面配筋设计时没有明显体现出内外弧钢筋布置的差异，只要设置相应的偏载增加系数就能够得到内力控制截面配筋。对于本例来说，无梁板桥的桥面宽度（16．2m）和底板宽度（14．2m）都比较大，如果还是采取均设钢筋的模式一定会引发外侧某些受拉钢筋应力较高而内部受拉钢筋应力相对较低的情况，所以对于断面内外受力差异进行分析是非常必要的。

第二，主要以恒载作用下无梁板变形、应力分布情况来体现此方面的差异情况。受到恒载作用边跨无梁板发生了比较大的变形（超过了2．5cm）从外向内变形逐渐下降，断面的内外侧变形具有非常显著的区别。

第三，将以上对于无梁板断面受力分析情况作为基础，在小半径弯桥设计过程中要按照不同控制断面在最不利载荷情况下应力计算结果为依据，对于内外部单位宽度断面实施应力积分就能够获取内外部单位宽度的总体内力情况，以横截面内外弧的差异特性为依据来获取纵向受力配筋的情况[2]。

第四，为了保证无梁板桥的稳定性，不但要顺着纵向进行受力主筋的配置，同时也要加强无梁板的横向受力，特别是加强固结墩位置以及端横梁的横向受力情况。在固结墩位置无梁板桥表现出非常明显的梁体受力特性，具体就是指支点位置上缘的拉应力较大（超过5MPa），横梁跨中位置受到较大拉应力，而下缘则受到较大的压应力。所以在对桥梁进行设计时需要明确横梁最差工况截面，对其进行暗梁方式配筋。

3.2 无梁板刚度计算结果分析

对于无梁板桥来说，因为其梁高和跨度比值相对较小，所以一定要重点关注其刚度情况，要确保其符合标准要求。同时也要明确其梁体是否有必要设置预拱度，在设置预拱度的情况下要如何进行横向设置等等。

第一，对于活载单独作用情况下的刚度进行分析，在活载单独作用情况下，上部无梁板最大竖向发生了0．92cm 的变形，在考虑长期效应的影响下，能够得到活载挠度为0．92×1．425（长期挠度系数）=1．31cm＜L/600=2．2cm，表明上部刚度符合标准规范要求[3]。

第二，在充分考虑到长期效应影响的情况下，按照荷载频域效应能够可以确定长期挠度为4．66cm＞L/1600=0．8cm，所以要进行预拱度的设置。一般情况下在进行预拱度设置时，要根据结构自重+50%可变载荷频遇值进行长期挠度值计算，将其进行反向设置即可。按照此种方式能够获取该桥最大预拱度设置为4．2cm。需要注意的是，因为此桥属于极小半径（R=25m）弯桥，所以预拱度设置和常规直桥有所差异，所以在同个径向横截面顺着径向不同位置需要设置不同的预拱度值。