人行景觀大縱坡PC連續(xù)梁力學(xué)性能

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摘要：為研究橋梁兩端標(biāo)高條件受限情況下人行景觀大縱坡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(jì)算并對(duì)比不同計(jì)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(yùn)營(yíng)階段恒載、移動(dòng)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(duì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)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(duì)景觀美學(xué)的要求。在城市建設(shè)中，受兩廂已開(kāi)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(hù)欄，在滿足景觀要求、保證工程投資經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，還能順接兩廂地塊標(biāo)高。CJJ11－2011《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)橋梁縱坡i的要求為0．3％≤i≤8％，JTGD60－2015《公路橋涵設(shè)計(jì)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(lái)人群及部分非機(jī)動(dòng)車，參考GB50763－2012《無(wú)障礙設(shè)計(jì)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(jì)算中，縱坡小于3．5％時(shí)，可按照平直橋梁進(jìn)行有限元計(jì)算，其結(jié)果與考慮縱坡情況下計(jì)算的上部結(jié)構(gòu)結(jié)果差距較小。但縱坡大于3．5％時(shí)，在外部荷載作用下，在變坡點(diǎn)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(jì)算，分析外部荷載作用下大縱坡對(duì)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(chǎng)，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(jì)?？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(jì)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(diǎn)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(tái)。預(yù)應(yīng)力鋼束采用1860鋼絞線，通長(zhǎng)布置，共設(shè)置6束預(yù)應(yīng)力鋼絞線。橋梁總體布置見(jiàn)圖1～3。

2有限元模型

以常規(guī)無(wú)縱坡PC連續(xù)梁計(jì)算模型為比較對(duì)象，同時(shí)建立含縱坡的結(jié)構(gòu)模型，有限元模型共64個(gè)節(jié)點(diǎn)、63個(gè)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(diǎn)布設(shè)，移動(dòng)荷載根據(jù)CJJ11－2011《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算。有限元模型見(jiàn)圖4。

3計(jì)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(duì)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(diǎn)、L／4節(jié)點(diǎn)、L／8節(jié)點(diǎn)（L為橋梁各跨跨度）為研究對(duì)象，計(jì)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(duì)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(jiàn)圖5、圖6、表1。由圖5、圖6可知：對(duì)于三跨連續(xù)梁，施工過(guò)程中，恒載作用下縱坡對(duì)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(zhǎng)布置，兩端張拉，橋梁縱坡按照8％控制，預(yù)應(yīng)力力臂與無(wú)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(shí)的結(jié)構(gòu)彎矩比無(wú)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(guò)程中，縱坡對(duì)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(jì)通用規(guī)范》，分別考慮頻遇組合、準(zhǔn)永久組合，對(duì)其取包絡(luò)值。有無(wú)縱坡時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力、支反力對(duì)比見(jiàn)圖7、圖8、表2。由圖7、圖8可知：對(duì)于三跨連續(xù)梁，正常運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，移動(dòng)荷載作用下縱坡對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響較??；相較于不考慮縱坡的計(jì)算模型，考慮縱坡時(shí)跨中內(nèi)力減小，支點(diǎn)位置彎矩增大。由表2可知：縱坡對(duì)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(jì)功能，計(jì)算含縱坡、不含縱坡結(jié)構(gòu)的承載能力，計(jì)算中采用相同的預(yù)應(yīng)力鋼束布置方式。圖9為有無(wú)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(wú)縱坡模型承載力計(jì)算結(jié)果的安全冗余度為1．2％，考慮縱坡模型承載力計(jì)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(duì)各荷載效應(yīng)進(jìn)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(yùn)營(yíng)階段恒載、移動(dòng)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(duì)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(zhǎng)沙市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院