裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋計(jì)算模型模擬方法

1、裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋計(jì)算模擬方法研究賈舒陽(yáng)1，張文1（內(nèi)蒙古交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特，）摘 要：裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋廣泛應(yīng)用于橋梁建設(shè)中，目前該類橋梁的簡(jiǎn)化計(jì)算分析方法尚未有較成熟的研究結(jié)論，本文結(jié)合某已建裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的驗(yàn)算分析，探討該類橋梁的計(jì)算模擬方法，或可為該類橋梁的建模分析提供參考。1 研究背景裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，因其“可工廠批量預(yù)制、方便施工”的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于橋梁建設(shè)中，是目前國(guó)內(nèi)使用最多的一種橋梁結(jié)構(gòu)。目前該類橋梁的計(jì)算分析多基于梁格法理論建立模型，僅考慮橫梁及主梁對(duì)箱梁整體受力的貢獻(xiàn)，這種模擬方式不甚準(zhǔn)確，而濕接縫如何

2、模擬、橋面現(xiàn)澆層對(duì)結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)如何考慮，這些問(wèn)題目前并未有太多研究。本文結(jié)合某已建裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的驗(yàn)算分析，利用MIDAS/CIVIL進(jìn)行建模分析，探討該類橋梁的計(jì)算模擬方法。該橋上部結(jié)構(gòu)為裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，橋?qū)?2.25m，跨徑5-20m，由4根單箱單室小箱梁裝配組成，梁高1m，現(xiàn)澆濕接縫寬度66cm，橋面現(xiàn)澆層10cm，橋面瀝青混凝土鋪裝7cm，墩頂位置設(shè)置寬度為1m的中橫梁，箱梁滑動(dòng)端設(shè)置寬0.5m的端橫梁。該橋設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為汽-超20級(jí)、掛車-120級(jí)，橋面設(shè)混凝土防撞墻，單向2車道。施工順序?yàn)椋杭芰含F(xiàn)澆濕接縫現(xiàn)澆中橫梁現(xiàn)澆端橫梁現(xiàn)澆橋面現(xiàn)澆層鋪設(shè)橋面瀝青混凝土

3、。其中，橋面現(xiàn)澆層在中橫梁上方設(shè)置剪力筋且配置縱橫向加強(qiáng)筋，橋面現(xiàn)澆層與中橫梁聯(lián)成整體，澆注中橫梁時(shí)，中橫梁與上方橋面現(xiàn)澆層一次澆筑成型，而其余部分橋面現(xiàn)澆層僅配置抗裂鋼筋網(wǎng)，未設(shè)置剪力筋。圖1 預(yù)制中梁跨中截面（單位：cm）圖2 預(yù)制邊梁跨中截面（單位：cm）圖3跨中典型橫斷面（單位：cm）2 建模方法常用的此類橋梁空間有限元建模方法有梁格法、實(shí)體單元法等。（1）梁格法：該方法建模較直觀，易于理解，缺點(diǎn)是如何梁格特性選用得準(zhǔn)確程度直接影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。（2）實(shí)體單元法：實(shí)體單元法計(jì)算結(jié)果較接近實(shí)際受力狀態(tài)，但其計(jì)算方法復(fù)雜，建模需耗費(fèi)較多時(shí)間，不太適合設(shè)計(jì)人員使用。綜上分析，本次驗(yàn)算采用

4、梁格法進(jìn)行建模分析。3 有限元建模過(guò)程（模型一）本次計(jì)算分析采用MIDAS/CIVIL進(jìn)行，采用梁格法建模，箱梁典型斷面如圖4-圖6。（1）考慮濕接縫對(duì)箱梁縱向剛度的貢獻(xiàn)，在建立箱梁截面時(shí)，翼緣部分加入了濕接縫的寬度；（2）考慮到橋面現(xiàn)澆層對(duì)中橫梁剛度的貢獻(xiàn)，同時(shí)考慮到此次為橋梁驗(yàn)算，應(yīng)偏于實(shí)際考慮，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)報(bào)告，橋面現(xiàn)澆層完好無(wú)損，可視為整體參與受力，故建模時(shí)，中橫梁截面加高10cm以計(jì)入橋面現(xiàn)澆層對(duì)剛度的貢獻(xiàn)；（3）考慮到中橫梁、端橫梁及濕接縫在箱梁受力過(guò)程中起著橫向聯(lián)系的作用，橫向聯(lián)系模擬的準(zhǔn)確與否對(duì)結(jié)構(gòu)受力有著較大的影響，故分析中重點(diǎn)考慮了橫向聯(lián)系的模擬方式：在墩頂及箱梁滑動(dòng)端建立

5、橫向單元，截面分別采用圖6、圖7所示尺寸。其余部分，箱梁每隔1m設(shè)置一道橫向聯(lián)系，截面賦予圖8所示尺寸，以模擬濕接縫對(duì)箱梁的橫向剛度的貢獻(xiàn)。（4）模型全部截面均輸入了普通鋼筋分布情況，以充分考慮普通鋼筋對(duì)截面剛度的貢獻(xiàn)。（5）賦予上述單元C50混凝土特性，其中濕接縫重量已在縱向截面中考慮，故橫向濕接縫單元其材料特性為C50（重度=0）。（6）施工階段設(shè)置為：架梁（設(shè)置臨時(shí)支座支承）現(xiàn)澆濕接縫現(xiàn)澆中橫梁現(xiàn)澆端橫梁設(shè)置永久支座、拆除臨時(shí)支座澆筑防撞墻現(xiàn)澆橋面現(xiàn)澆層（除中橫梁頂端部分）鋪設(shè)橋面瀝青混凝土。成橋狀態(tài)橋梁計(jì)算模型如圖9所示。圖4 模型中中梁跨中截面（單位：cm）圖5 模型中邊梁跨中截面（

6、單位：cm）圖6 模型中中橫梁縱向截面（單位：cm）圖7 模型中中橫梁橫向截面（單位：cm）圖7 模型中端橫梁橫向截面（單位：cm）圖8 模型中現(xiàn)澆濕接縫橫向截面（單位：cm）圖9 模型一成橋狀態(tài)計(jì)算模型4有限元建模過(guò)程（模型二）考慮到如今該種橋型計(jì)算分析中，通常不考慮濕接縫對(duì)橫向剛度的貢獻(xiàn)，模型二與模型一基本一致，但未建立橫向濕接縫單元。成橋狀態(tài)計(jì)算模型如圖10所示。4 計(jì)算結(jié)果及分析利用模型一驗(yàn)算發(fā)現(xiàn)，汽-超20級(jí)荷載作用下：第4跨中梁跨中1m范圍內(nèi)截面底部開(kāi)裂且抗剪強(qiáng)度不足；中橫梁截面尺寸偏小，該部分配筋率較高，其抗力雖滿足要求，但由于中橫梁處于超筋狀態(tài)，依然會(huì)產(chǎn)生斜向裂縫。利用模型二驗(yàn)算發(fā)現(xiàn)，汽-超20級(jí)荷載作用下：第4跨中梁跨中5m范圍內(nèi)截面底部開(kāi)裂且抗剪強(qiáng)度不足；中橫梁截面尺寸偏小，該部分配筋率較高，其抗力雖滿足要求，但由于中橫梁處于超筋狀態(tài)，依然會(huì)產(chǎn)生斜向裂縫；中橫梁橫向抗裂剛度不足，梁底開(kāi)裂。該橋檢測(cè)表明：該橋第4跨跨中0.8m范圍內(nèi)截面底部開(kāi)裂，墩頂中橫梁梁體斜向裂縫較多。經(jīng)對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，模型一驗(yàn)算結(jié)論與橋檢報(bào)告接近，該模擬方法更接近箱梁的實(shí)際受力狀態(tài)。5 結(jié)語(yǔ)濕接縫對(duì)裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土