长挑臂单箱多室宽体箱梁横向受力性能分析

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1、5O桥梁结构城市道桥与防洪2013年3月第3期长挑臂单箱多室宽体箱梁横向受力性能分析王浩(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司。上海200092)摘要：随着城市发展对通行能力要求的提高，高架桥梁中越来越多地采用宽体箱梁结构形式。由于城市景观要求，以及桥下地面道路限制，下部结构常采用单柱或小间距双柱，使得长挑臂单箱多室箱梁部分箱室处于悬臂状态，箱梁横向受力空间效应明显。该文以德胜快速路标准段连续箱梁为研究对象，利用有限元结构程序ANSYS进行空间分析，计算箱梁结构在自重、二期恒载，以及汽车活载作用下横向变形和内力的分布规律，并将空间分析结果与目前简化分析方法进行对比分析，验证简化计算方

2、法的适用性。关键词：宽体箱梁；长挑臂；单箱多室；横向受力；偏载；有限元法中图分类号：U448．21+3、U441+5文献标识码：A文章编号：1009—7716(2013)03—0050—05桥路等路口。0前言主线高架标准段采用预应力混凝土连续梁，基预应力混凝土连续梁桥结构刚度大，动力性本跨径30m，施工采用支架现浇法。箱梁采用单箱能好，主梁变形曲线平缓，有利于高速行车，在高三室，桥宽25m，挑臂长度约4．0m，腹板稍向外倾等级公路和城市立交、高架快速道上得到广泛应斜(见图1)。当跨径不大于40m时，箱梁梁高取为用。随着城市的发展，对桥梁通行能力的要求不断2m；跨径大于40m时，箱梁梁高根

3、据受力需要适提高，高架桥梁中越来越多地采用宽体箱梁结构当加高。箱梁顶板平行于道路横坡布置。形式。由于城市景观要求，以及桥下地面道路限60口沥青混凝士桥梁中心线堕查制，下部结构常采用单柱或小间距双柱，使得长挑——b0o8Q坠m』§Q撂凝t臂单箱多室箱梁部分箱室处于悬臂状态，箱梁横01175050011750500．1向受力空间效应明显，而且桥梁宽跨比(B／L)较2％^大，宽高比较大(常达10～13)，横向为剪力柔性，j＼、【!j，箱梁的空间效应更加显著，不宜忽略主梁横向协5。==ⅡII．4000j。1500010004Ooo同工作效应，而按平面杆系理论进行设计计算。因-●，此，研究此类桥梁

4、的空间受力特性和横向分布作§§嫂『用，具有很好的理论和工程实用价值。l杭州德胜快速路主线高架采用连续箱梁结．～．．1．⋯．构，为典型的长挑臂宽体剪力柔性箱梁桥。本文以德胜快速路标准段连续箱梁为研究对象，利用有限元结构分析程序ANSYS对此结构进行空间整体图125m桥宽标准横断面图(单位：mm)分析，计算箱梁结构在自重、二期恒载，以及汽车活载作用下横向变形和内力的分布规律，并将空下部结构形式：单幅桥(标准桥宽25m)连续间分析结果与目前简化分析方法进行对比分析，大箱梁采用H型的立柱，两根立柱在顶部适当加验证简化计算方法的适用性。宽。桩基根据地质和受力情况选用直径1．0m、1．2m、1．5m

5、钻孔灌注桩。1背景工程概况2有限元模型及计算工况说明本文背景工程桥梁为德胜快速路中段工程，起自莫干山路，终至机场路，全长约6．8km，包括上2．1有限元模型德立交和石德立交，全线均为高架道路。高架上跨采用ANSYS程序建立了有限元空间实体模莫干山路、湖墅路、京杭运河、绍兴路、东新路、石型，混凝土采用SOLID45体单元模拟，模型中单元数量451032．节点数量125116。计算中未考虑预收稿日期：2012—12—05作者简介：王浩(1968一)，男，上海人，高级工程师，从事桥梁应力效应。结构的实体模型、有限元模型分别如图工程设计工作。2和图3所示。2013年3月第3期城市道桥与防洪桥梁结

6、构5l3横向受力分析利用有限元分析程序，分别计算了长挑臂单箱多室箱梁在各种荷载作用下的变形和受力情况。通过计算分析，研究此类多室箱梁横向内力的分布规律，并将计算结果与目前简化计算方法进行对比分析。图2实体模型3．1横向变形分析多室箱梁空间效应明显，横向变形由横向弯曲和剪切变形组成。变形特点可以通过顶板的变形曲线反映。图5、图6为典型工况下边跨跨中和中跨跨中截面挠度沿横向的分布图。图3有限元模型边界条件：按照支座实际布置形式对有限元目＼【扫龆凇导模型施加相应约束。{鹫喝吨2．2计算工况说明迥；}蜇箱梁横向受力分析主要针对结构自重、二期留恒载，以及汽车活载，根据活载布置又可分为对称和偏载。为

7、此，分析中考虑的主要工况包括：(1)工况一：自重+二期恒载；(2)工况二：自重+对称6l5—1O—S05lO车道；(3)工况三：自重+单向3车道；(4)工况四：横桥向距桥面中心线距离／自重+对称4车道；(5)工况五：自重+单向2车图5边跨跨中截面挠度沿横向分布图道。加载示意如图4所示。计算中，对于多车道加载工况，按规范进行车道折减。王况三；奎道50种15—10-50510横轿向距桥面中心线距离／珂图6中跨跨中截面挠度沿横向分布图况三