预应力混凝土曲线箱梁桥受力性能分析

资料大小：380KB
资料类型：.PDF
资料等级：
发布时间：2021-09-04

资料介绍

预应力混凝土曲线箱梁桥受力性能分析
乔建刚，游金兰
(1．天津市市政工程设计研究院，天津市300051；2．福州市公路局，福建福州350000)
摘要：针对预应力混凝土曲线箱梁桥弯扭耦合明显的受力特点，建立一个两跨预应力混凝土曲线箱梁的有限元模型，通过分
析其在自重、预嘘力及复合荷载下截面应力和位移的分布，考察曲线箱梁桥的受力性能。
关键词：预应力；曲线梁；有限元；弯扭耦合
中图分类号：U448．21 3 文献标识码：A 文章编号：1009—7716(2013)12—0056—05
1 概述
在城市立体交叉桥及高速干线中，由于道路
线型的需要，曲线梁桥被广泛采用，在曲线梁桥型
中，箱形截面由于抗扭刚度大、截面应力分布合
理、稳定性好、材料利用充分等优点，得到广泛的
应用。
由于曲线箱梁桥具有独特的弯扭耦合力学特
性，使得结构受力相当复杂。通常，预应力混凝土
曲线箱梁桥适用于曲率半径较小的情况。在曲率
半径较大的情况下，预应力混凝土箱梁桥容易出
现主梁外移、梁体向曲线外侧翻转等病害，且支
座反力和预应力效应的计算缺乏合理和精确的分
析方法。
针对预应力混凝土曲线梁复杂的受力特点，
本文将对一联预应力混凝土曲线箱梁模型进行有
限元分析，对预应力效应及外荷载作用影响下曲
收稿日期：2013-07—31
作者简介：乔建刚(1984一)。男，内蒙古四子王旗人，工程师
从事桥梁设计工作。
线梁桥的受力性能进行分析，以期从计算分析中
总结出一些有益的结论，为预应力混凝土曲线梁
桥的设计提供参考。
2 实例参数
模型为一联两跨预应力混凝土连续箱梁，跨
径布置为2 X 6 m(见图1)，采用单箱单室截面，曲
率半径为10 m，梁高0．47 m，箱梁顶宽2．4 m，底
宽1．15 m，翼缘悬臂长0．625 m。箱梁截面沿桥纵
向变化，跨中截面箱梁顶板、底板厚0．07 m，腹板
厚0．135 m(见图2)；支点处截面箱梁顶板、底板厚
0．14 m，腹板厚0．21 m(见图3)；桥梁支点处设置
横梁，其中端横梁厚0．4 m，中支点横梁厚0．5 m，
横梁截面与典型横截面问设0．8 m长的变截面段。
梁体采用C50混凝土，每束预应力钢束采用单根
15．24钢绞线，张拉控制应力为800 MPa，共六束。
3 有限元模型
本文采用通用有限元程序对预应力混凝土箱
梁进行分析。
不设置开口。建议单位车辆以右进右出的形式进
出道路，在附近交叉路口调头实现左转。
4．5 排水
中央分隔带内水分的主要来源是大气降水和
绿化灌溉。如果这部分水不能及时排放而滞留在
种植土内，积水可能就会渗入两侧路基土中，使路
基稳定性降低，从而导致路面出现裂隙。因此，中
央分隔带的排水设施尤为重要。
目前常用的中央分隔带排水形式为渗沟+排
水管。在中央分隔带底部设置碎石渗沟与纵向排
水管用于汇集下渗水分，再通过横向排水管将汇
水排入路侧的雨水井中。纵向排水管的坡度应不
小于1％，横向排水管的坡度应不小于2％。
横向排水管可采用塑料管或混凝土管。采用塑
料管的应设置混凝土包封，以免路基施工碾压时
破坏排水管，引起积水的渗漏。横向排水管在渗沟
的出口、雨水井的接口处均应设置止水措施，以免
积水的渗出。
5 结语
城市干路是城市交通的快速通道，设置合适的
中央分隔带对于保障行车速度、行车安全、行人安
全及构筑城市生态环境等方面具有重要意义。城
市主干路的规划设计应重视中央分隔带，合理规
划宽度及开口，城市次干路也应尽可能地采用中
央分隔带形式。
学兔兔 www.xuetutu.com
2013年l2月第l2期城市道桥与防洪桥梁结构 57
图1 立面图(单位：mm)
图6 预应力混凝土曲线箱梁桥有限元模型
图2跨中横断面(单位：ram) 4 自重作用下结果分析
图3 支点横断面(单位：mm)
对混凝土采用实体单元模拟，除个别四面体
过渡单元外，单元形状均为六面体八结点单元。
对于钢筋和预应力钢束采用只受轴力作用的
桁架(TRUSS)单元(见图4、图5)来模拟，将预应力
钢束及钢筋作为结构的一部分参与整体分析。在
曲线箱梁的整体分析中不考虑钢筋与混凝土的滑
移，采用约束方程(Constraint equations)对钢筋和
混凝土单元进行连接设置。其中预应力钢束通过
设置单元初始应变来模拟钢束的张拉力。对于普
通钢筋的模拟，主要计入纵向受力钢筋和腹板箍
筋。预应力混凝土曲线箱梁的空间有限元模型见
图6。
图4 预应力钢束单元
图5 纵向钢筋钢筋
预应力混凝土曲线箱梁由于受到结构曲率半
径的影响，在自重荷载作用下不仅产生弯曲，还产
生扭转。从图7～图8可以看出，由于扭矩的影响
使梁体整体外翻，截面内外竖向挠度差较明显，且
截面扭转角沿跨径方向呈减小的趋势，即越靠近
边支点梁截面外翻现象越不明显。
} --≥ lll≯0⋯蠹董：羞萎誊jj薯：一} ⋯ ⋯}⋯．'t- ⋯～}⋯t 一一 ⋯～一一一一一一一⋯ ⋯ }_l：：：i：。。’：j：：。． }== 二兰毒-j生二：：j．：．_～j． _．i一l．：l==__ =二=ll
}=，=薹!== 羔：蠹 -j≥：≥__孽：=j=：．．：：三二j ：二善置‘}。’=薯曼一jlll⋯li
}====￡__蔓=== l薯lll ll一·一1／4截面挠度 === ===；1
}。：：蔓二 j___j：一／截面挠度。。。
：羞妥每，窖毒窖j量 ≥ ，l
L王__#__l 蔓：：。一。毒：一蔓二#===蔓￡’置 1
：：：一：：j一．二．．i二二上二二二．一：￡：：：：：：王二．．．i二上二二j
粱纵向位置／m
图8 自重作用下曲线梁扭转角沿跨径的变化
图9～图10给出了跨中截面顶底板的正应力
沿曲线箱梁径向的分布情况。