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人行景觀大縱坡PC連續(xù)梁力學(xué)性能

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人行景觀大縱坡PC連續(xù)梁力學(xué)性能

摘要:為研究橋梁兩端標(biāo)高條件受限情況下人行景觀縱坡pc連續(xù)梁的力學(xué)性能,建立常規(guī)及考慮縱坡影響的橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型,在外部荷載、邊界條件及有限元模型特性一致的情況下,計算并對比不同計算模型下結(jié)構(gòu)內(nèi)力及支反力。結(jié)果表明,考慮縱坡后,施工及正常運營階段恒載、移動荷載作用下結(jié)構(gòu)彎矩變化較小,但預(yù)應(yīng)力荷載引起的彎矩變化較大,大縱坡對結(jié)構(gòu)支反力的影響較小。

關(guān)鍵詞:橋梁;人行景觀橋;縱坡;PC連續(xù)梁;力學(xué)性能

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,城市景觀橋梁除需滿足功能需求外,還需滿足人們對景觀美學(xué)的要求。在城市建設(shè)中,受兩廂已開發(fā)地塊及擬跨越道路凈高需求的影響,常規(guī)小縱坡橋梁難以滿足區(qū)域標(biāo)高要求。大縱坡人行景觀預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁的建設(shè)投資較小,輔以景觀造型護欄,在滿足景觀要求、保證工程投資經(jīng)濟性的同時,還能順接兩廂地塊標(biāo)高。CJJ11-2011《城市橋梁設(shè)計規(guī)范》對橋梁縱坡i的要求為0.3%≤i≤8%,JTGD60-2015《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》要求i不大于4%。城市人行景觀橋只服務(wù)于往來人群及部分非機動車,參考GB50763-2012《無障礙設(shè)計規(guī)范》,橋梁縱坡不應(yīng)大于1∶12。在常規(guī)PC連續(xù)梁上部結(jié)構(gòu)計算中,縱坡小于3.5%時,可按照平直橋梁進行有限元計算,其結(jié)果與考慮縱坡情況下計算的上部結(jié)構(gòu)結(jié)果差距較小。但縱坡大于3.5%時,在外部荷載作用下,在變坡點位置,上部結(jié)構(gòu)可能表現(xiàn)出拱軸效應(yīng),且由于連續(xù)梁屬于超靜定結(jié)構(gòu),在各類效應(yīng)如預(yù)應(yīng)力、溫度等反復(fù)作用下,將影響結(jié)構(gòu)支反力、內(nèi)力。該文依托某縱坡為8%的人行景觀PC連續(xù)梁,基于有限元計算,分析外部荷載作用下大縱坡對PC連續(xù)梁結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響。

1工程概況

某人行景觀PC連續(xù)梁位于公園核心廣場,跨越道路連接兩側(cè)公園,橋梁滿足跨越道路車行道4.5m的凈高要求設(shè)計??鐝讲贾脼椋?0+26+15)m,中間高兩端低,全橋共設(shè)置兩段縱坡,均為8%,中跨縱坡交接處設(shè)置R=100m的圓弧曲線。設(shè)計橋面寬度為6.3m,其中包含0.9m種植槽+0.25m欄桿+4.0m通行凈寬+0.25m欄桿+0.9m種植槽。橋梁橫向設(shè)置2%橫坡,斷面為整體式箱梁,墩頂梁高1.8m,跨中及邊跨支點梁高1.2m,變截面采用二次拋物線漸變。橋梁平面線形為直線,與道路中心線交角為90°。下部結(jié)構(gòu)采用花瓶墩、樁接蓋梁式輕型橋臺。預(yù)應(yīng)力鋼束采用1860鋼絞線,通長布置,共設(shè)置6束預(yù)應(yīng)力鋼絞線。橋梁總體布置見圖1~3。

2有限元模型

以常規(guī)無縱坡PC連續(xù)梁計算模型為比較對象,同時建立含縱坡的結(jié)構(gòu)模型,有限元模型共64個節(jié)點、63個單元。荷載考慮結(jié)構(gòu)自重、二期恒載、預(yù)應(yīng)力荷載、整體升溫、整體降溫、梯度升溫、梯度降溫,其中預(yù)應(yīng)力鋼束豎彎以頂板頂緣為參考點布設(shè),移動荷載根據(jù)CJJ11-2011《城市橋梁設(shè)計規(guī)范》計算。有限元模型見圖4。

3計算結(jié)果分析

3.1施工階段荷載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力

為直觀分析縱坡對PC連續(xù)梁結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響,以各跨跨中節(jié)點、L/4節(jié)點、L/8節(jié)點(L為橋梁各跨跨度)為研究對象,計算結(jié)構(gòu)自重、預(yù)應(yīng)力荷載一次效應(yīng)(鋼束張拉力對截面形心的內(nèi)力引起的效應(yīng))與預(yù)應(yīng)力荷載二次效應(yīng)(超靜定結(jié)構(gòu)引起的鋼束二次效應(yīng))下結(jié)構(gòu)內(nèi)力及支座反力,結(jié)果見圖5、圖6、表1。由圖5、圖6可知:對于三跨連續(xù)梁,施工過程中,恒載作用下縱坡對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響較小,結(jié)構(gòu)內(nèi)力的差異更多地反映在鋼束作用上。該橋預(yù)應(yīng)力鋼束采用通長布置,兩端張拉,橋梁縱坡按照8%控制,預(yù)應(yīng)力力臂與無縱坡橋梁有差異,造成預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的彎矩不同。施工階段鋼束一次+鋼束二次效應(yīng)考慮縱坡時的結(jié)構(gòu)彎矩比無縱坡橋梁跨中彎矩增大1182kN•m,邊跨彎矩減小439~654kN•m。由表1可知:施工過程中,縱坡對結(jié)構(gòu)支反力的影響較小。

3.2正常使用極限狀態(tài)下結(jié)構(gòu)內(nèi)力

根據(jù)JGTD60-2015《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》,分別考慮頻遇組合、準(zhǔn)永久組合,對其取包絡(luò)值。有無縱坡時橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力、支反力對比見圖7、圖8、表2。由圖7、圖8可知:對于三跨連續(xù)梁,正常運營過程中,移動荷載作用下縱坡對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響較小;相較于不考慮縱坡的計算模型,考慮縱坡時跨中內(nèi)力減小,支點位置彎矩增大。由表2可知:縱坡對結(jié)構(gòu)支反力的影響較??;考慮縱坡后,結(jié)構(gòu)支反力分配更均衡。

3.3承載能力極限狀態(tài)下結(jié)構(gòu)內(nèi)力

基于MIDAS/Civil后處理PSC設(shè)計功能,計算含縱坡、不含縱坡結(jié)構(gòu)的承載能力,計算中采用相同的預(yù)應(yīng)力鋼束布置方式。圖9為有無縱坡結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)內(nèi)力包絡(luò)圖。由圖9可知:承載能力極限狀態(tài)下,預(yù)應(yīng)力布置方式均滿足規(guī)范要求;無縱坡模型承載力計算結(jié)果的安全冗余度為1.2%,考慮縱坡模型承載力計算結(jié)果的安全冗余度為9.7%,均發(fā)生在中跨跨中位置。對各荷載效應(yīng)進行分析,考慮縱坡后,鋼束二次效應(yīng)較明顯。

4結(jié)論

(1)相較于平直橋梁,橋梁結(jié)構(gòu)考慮縱坡后,施工及正常運營階段恒載、移動荷載作用下結(jié)構(gòu)彎矩變化較小,預(yù)應(yīng)力荷載引起的彎矩變化較大。(2)大縱坡對結(jié)構(gòu)支反力的影響較小。(3)承載能力極限狀態(tài)下,考慮縱坡后,鋼束二次效應(yīng)較明顯,結(jié)構(gòu)力學(xué)性能出現(xiàn)差異,縱坡使結(jié)構(gòu)內(nèi)力更均衡。

作者:任新建 單位:長沙市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院