先简支后连续波形钢腹板钢箱组合梁设计分析

2021-04-03陈建王静

建筑与装饰 2021年18期

陈建王静

安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽合肥 230000

引言

研读相关文献对组合桥梁和先简支后连续结构予以设计分析，了解施工资料，可知使用钢腹板建设的组合桥梁应用于桥梁施工经济效益较好，设备效益较高，技术优势也较突出，属于新型机构。应用此结构可优化桥梁宏观受力。为此，应分析结构优缺点，分析应用可行性，并行优化设计，促进工程安全。

1 结构应用特点

1.1 优点

此种结构施工可批量预制构件，生产管理可以统一进行，根据工程需求保证预制构件符合规格要求。使用标准构件预制更高效，可减少模板部分投入，技术操作易于实施。可同步开展上下部结构建设，缩短建设工期，提高建设效率，保证经济效益。工厂张拉梁预应力筋具有可行性，可于梁或使用挂篮装设负弯矩筋，或进行筋处理。借助吊装设备，可对整片梁进行精准吊装。在此施工中对脚手架需求较少，可节约成本，促进环境保护。此种连续梁不易变形，具有较大刚度，减少伸缩缝，使用功能较好，舒适度较高，可操作性强，方便养护，同时可增强抗震性能。缩减徐变和混凝土收缩中体系影响，预应力筋使用后不会发生次力矩，结构更科学。此种结构也不易受到沉降影响[1]。

1.2 缺点

该结构技术仍在发展阶段，设计时可参考资料有限，设计规范不完善。现有规范多着眼于预制构件设计，连续结构体系自身特点未得到充分考虑。施工工艺方面，技术分歧较大，浇筑顺序无一致结论，应以何种顺序张拉处理连续端预应力仍在讨论中，后连续端浇筑缺少统一规范。在对该体系进行预应力束估算时，缺少针对该体系特点的科学变化。

2 应用设计要点

2.1 构建设计模型

在设计此梁桥时，需要科学计算承载力。应全面分析梁桥工程资料，以资料为基础创建有限元模型，然后对不同荷载状态下主梁受力情况进行分析。需要分析荷载情况包括恒载，恒载联合活载，以及恒载、活载联合附加荷载，在上述情况下分析单支座桥梁与双支座桥梁中其主梁受力情况。根据分析结构选择科学的支座设计形式。以连续梁负弯矩处理为基础原理，结合工程情况，可选择静载预压、强配筋或者支座顶升等方法。通过以上方法，对负弯矩区实施补强处理。应用有限元方法构建仿真模型，利用模型对比三个方案，可明确建设操作可行性，了解施工成本，然后选用先简支后连续的方法，科学处理桥梁负弯矩。使用波形钢腹板制作钢箱组合桥梁基础信息，搭建有限元模型，分析荷载工况中消极情况，检验桥梁持久承载极限值。此外，还应针对常规使用进行结构挠度极限检验。应考虑正截面抗裂性，分析持久服役中混凝土顶以及底板法向应力，观察主压应力，分析钢腹板剪应力与相关效应力。构建上述模型的目的为检验结构科学性，确保应用安全。

2.2 受力分析

受到恒载影响时，在主梁受力优化方面双支座应用效果较好，可缩小主梁部位恒载弯矩，对缩小墩顶负弯矩有积极作用。同时受到活载作用和恒载作用时，正负弯矩在单双支座中未见显著差异，然而活载作用对中跨部位正弯矩有显著影响。相关研究显示，增幅可达128%左右，单双支架中并无较大应力差值，但单支座的应力低于双支座。收缩徐变对该类梁桥的影响表现为提升跨中挠度。

2.3 负弯矩处理

在处理连续梁桥墩顶区域的弯矩部位时，因为该处承载力相对薄弱，设计中应结合施工现场环境和桥梁服役要求进行个体化设计。在处理负弯矩区域时，可从构造着手，优化构造设计，也可在施工中调整施工工序。桥梁工程多综合上述措施，联合应用，以此完善负弯矩区。通常情况下，应用此结构建设桥梁时，可优先选择强配筋法进行负弯矩处理。在采用强配筋法处理该区域时，不必提升混凝土预应力，使用高强配筋即可，配筋率较高。

2.4 承载力影响

应用双支座借助恒载作用优化主梁受力，缩减主梁恒载弯矩，并对墩顶负弯矩进行重点缩减。通过收缩徐变，可扩大梁桥跨中挠度。经过此变化，双支座所具有的跨中挠度可提升至原设计挠度的1.35倍。在双支座结构中，负弯矩受到较大影响，可缩减至原弯矩0.57倍。梁桥挠度基本可忽略温度荷载影响，该因素影响主要体现在双支座结构中墩顶负弯矩以及跨中正弯矩方面。上述弯矩、负弯矩在双支座中不仅受到支座沉降影响，而且受到温度荷载影响，即受到附加荷载作用，在此影响下，与单支座相比，双支座具有更显著的应力变化，在跨中应力方面表现尤其突出。在双支座中，当其中之一承受压力，同时另一支座处于脱空状态，则后者应力变化较大，可见内力变化和显著变形，消极影响全桥受力。为此，综合恒载影响，采用双支座设计可完善结构主梁内力。

2.5 支座数量设计

在使用双支座时，附加荷载与活载作用显著，极易发生支座脱空状况。根据相关规定，梁建设中，当使用板式橡胶支座时，在其单独支承点中，在与桥梁一致的方向，受到梁纵向挠曲影响，支座数量应为1个。此种设计要求是为避免受力失衡。在横向中，梁具有较大刚度，但为稳定起见，支座数量应≤2个。使用强配筋法建设时，负弯矩部分无须提升混凝土预应力，选择高强配筋时，通常可实现（3～5）%配筋率。在施工现场可现浇混凝土，操作可行性强，高配筋也可促进梁刚度增强，所以设计时多选择强配筋法予以建设。通过不良工况分析可科学评价构件受力，不仅应分析正负弯矩中不利工况，也应分析剪力不利工况。在检验效应力、剪应力时，一般是对极限结构挠度和同类情况下正截面的抗裂水平进行分析，分析长期受力后混凝土顶应力和主压应力等，还应对波折腹板进行第四强度检验。此种桥梁结构可保证安全运营，但在其应用中桥面板所呈现的抗裂性相对较弱，应予以注意[2]。