期刊信息
 

刊名:智能城市
曾用名:现代生活用品
主办:辽宁省科学技术情报研究所
主管:辽宁省科学技术厅
ISSN:2096-1936
CN:21-1602/N
语言:中文
周期:半月刊
影响因子:0
被引频次:9440
数据库收录:
国家哲学社会科学学术期刊数据库;期刊分类:自科综合
期刊热词:
施工技术,建筑工程,城市,高速公路,建筑,施工管理,水利工程,智慧城市,建筑设计,大数据,施工技术,建筑工程,施工管理,大数据,城市,公路工程,物联网,城市轨道交通,BIM技术,人工智能,智慧城市,智能建筑,BIM技术,城市,BIM,城市建设,物联网,智能化,智能设计,城市规划,

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预制斜转正桥梁受力特征与设计分析

来源:智能城市 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2020-05-15 11:06

【作者】admin

【关键词】

【摘要】城市化进程持续推进之下,道路建设规模随之扩大,被交路与主线普遍存在斜交的关系。若桥梁偏长仅凭斜桥的方式难以满足施工需求,且正交加大跨径的应用效果也不理想 [1] 。基于

城市化进程持续推进之下,道路建设规模随之扩大,被交路与主线普遍存在斜交的关系。若桥梁偏长仅凭斜桥的方式难以满足施工需求,且正交加大跨径的应用效果也不理想[1]。基于此,可采取斜转正桥梁形式有效解决各类局限性问题,其在桥梁领域有广泛的应用。

1 结构建模

若桥梁长度较长,整桥均设置为斜桥形式则缺乏可行性,同时正交加大跨径的方式也存在诸多局限之处。而斜转正有效解决了传统方式下所存在的各类问题,现阶段斜转正桥梁也逐步成为主要的应用方式。从工艺角度来看其分为现浇和预制结构两种,基于预制结构的斜转正桥梁灵活性更强,可调整梁长以确保桥梁上部角度维持在合理的状态。因行业技术水平的不断提高,预制结构斜转正桥梁具有技术成熟、周期短、吊装便捷等特点,但由于桥梁截面尺寸偏小,存在较明显的竖向截面刚度集中现象,相比之下横向截面则显得较为薄弱,这也成为预制斜转正桥梁的发展瓶颈,且相关验算工作难度较大,难以满足规范要求。

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梁格法的基本思路则是拆分桥梁结构,将其视为若干个单元(主要由纵梁、横梁构成),根据上部结构的特性,将该处的抗弯、抗扭刚度统一集中至与之相邻的梁格中,形成的等效梁格体系具有较高的真实性,其与原型结构截面弯矩等表现出较明显的相似性,因此,若单元划分精度较高该方法的适用能力也将提高,在一般结构计算中可保证精度。

2 桥梁概况

某高速公路主线设置有等宽桥梁,使用到斜转正预制连续箱梁,半幅宽12.15 m,单幅桥横向分别设置1片梁,边梁悬臂1.65 m,梁高1.4 m,由0号支点起至3号支点交角为0°、10°、20°、30°。本桥可灵活改变预制梁长,从而提升桥墩交角的合理性。

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2.1 分类计算模型对比

通过程序计算的方式求得结果,重点考虑的是支点反力、弯矩、扭矩的分布状况,可分为恒载与活载两种情况,从而对结构受力特征加以分析。

2.2 梁格模型

从中得知,因恒载作用将出现钝角反力偏大的情况,且明显超过锐角反力,该处的反力分布缺乏均匀性,主要与纵梁扭矩分布特性有关。鉴于此进一步探讨纵梁扭矩的成因:边梁形心与支点平面不具备完全重合的关系,因各梁跨径的差异而引发竖向挠曲偏差等;除此之外,支座约束形式也是重要的影响因素,将直接改变斜转正桥梁的反力,从这一角度来看,支座约束方式的选择尤为关键。

2.3 荷载

根据全桥结构特点确定荷载,具体应注重几点内容:(1)需考虑结构自重荷载,张拉作业采取分次张拉的方式;(2)桥面二期铺装荷载,此处较特殊的是护栏荷载,按偏心荷载加载至边梁;(3)支座不均匀沉降,根据桥梁结构情况,各支点沉降均设定为5 mm;(4)收缩徐变荷载,按混凝土用量加载并利用横向联系传递至纵梁结构。

3 结果及受力特征分析

正交桥梁工程中广泛使用到梁格理论[2],本桥采取逐孔渐变斜交的方式,相比于常规正交桥梁存在较明显的差异,为探明梁格法的适应性对桥梁建模分析。梁格起到纵向划分作用,全桥可分为纵梁、横梁两部分,分别模拟各自的受力情况;实体模型建模则建立在小箱梁截面的基础上,考虑到模型简化要求此处仅分析自重与铺装效应,暂不考虑钢束、温度等因素的影响。根据各模型分别总结支点的反力情况,各支点与实体模型均存在不同程度偏差,受斜交角度增大的影响,支点3与之片偏差最大,达13.8%;支座反力存在斜桥效应,相比之下0、1两支座情况大体相同,与实体模型偏差较小,最大值为6.1%。根据上述分析说明简化梁格法应用效果较好,可创建力学模型。

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3.1 汽车荷载作用下支座反力

桥梁运行中存在汽车荷载,分析此情况下支座反力值,具体内容如表1所示。

表1 汽车荷载作用下支座反力表 /kN

由起始支点开始逐步转为30°斜交的关系,不同于常规斜交桥的是此处与之存在较大差异。从构造上来看两端分别为正交与斜交的关系,各处梁长度不尽相同,预应力作用效果存在较大差异,梁格法时模型的创建工作基于midascivil软件而展开,边梁与中梁两部分的受力状况大体相同,将其视为纵梁结构单元;端横梁与中横梁两大结构均被模拟为横梁单元,所有横梁与纵梁相交区域的节点都采取刚接的方式。

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3.2 弯矩分布特征

在长期效应组合的工况下,纵梁正截面处产生的最小压应力为0.34 MPa,短期效应组合时斜截面存在最大拉应力,该值为-1.83 MPa。从截面正应力峰值的分布形式上看,发生于斜交墩顶(还有部分存在负弯矩钢束锚固点处),该处也同时存在主拉应力峰值,跨中与梁面两处的截面应力较为合理。根据应力结果得知,设计工作中要重点关注墩顶、负弯矩钢束锚固点两个区域,该处的应力设计要足够合理,应得到有效的控制。

通过验算得知,尚未负弯矩张拉时,尽管存在横向弯矩峰值但极为微弱,甚至可以忽略不计;但张拉后随之出现明显的负弯矩,因收缩徐变二次效应的影响该值不断加大,受活载作用最终将与恒载下的峰值大体相同。基于此,总结横向弯矩峰值的出现原因:负弯矩平面斜向平行,该处与纵梁形心出现平面偏差现象,完成钢束张拉后将在横梁结构的作用下传递平面弯矩;随后,结束二期恒载施加作业后横梁的主要作用在于平衡弯矩与扭矩,因此会出现结构受力线形变化的特点,并在中横梁截面处出现刚度最大的情况,伴随较明显的荷载效益最终出现峰值。

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通过计算后得知,纵梁墩顶支点处出现极为明显的横向弯矩现象,该处峰值提升至235 kN·m,在此工况下截面顶点两侧应力出现明显变化,但通过单梁模型并不能取得该结果,因此单梁模型在此处缺乏适应性。

3.3 扭矩分布特征

本桥各梁跨径存在差异,梁截面形心高度存在更为明显的偏差,若梁截面出现竖向弯曲现象将出现扭转,经截面刚度横向传递这一途径可达到平衡扭矩的效果,纵梁处的弯矩分布状况发生改变;同时,因横梁作用使得整垮桥都表现出了扭转的特点,这一现象在活载工况下大体相同,支点2右侧梁墩顶处出现了扭矩峰值,随之带来支座反力偏差。因此,结构分析环节要兼顾多方面内容,如截面形心位置、预应力钢束的设置等,从而缓解纵梁扭矩效应带来的不良影响。

安全性概率阈值的选择也影响安全性预测的错误率.从图4可以看出,随着阈值增大,误报率上升,漏报率下降.相反,随着阈值减小,误报率下降,漏报率上升.当阈值在0.8到0.9之间时,系统预测错误率达到最低,因此合理选择安全性概率阈值能降低系统预测错误率,一般来说系统的漏报比误报危害要大,适当提高阈值可以减少漏报率,就本例来说安全性概率阈值设置为0.9较为合理.

3.4 应力结果

竖向最大弯矩将表现出向钝角方向偏移的趋势,横向弯矩最大值分布在跨中处。恒载工况下,分析此时的竖向最大弯矩分布情况,可以得知其在第三跨处出现向钝角端逼近的趋势,而横向最大弯矩的分布较为特殊,为钝角侧边梁墩顶处,此处的温度荷载也更为明显,出现横向弯矩峰值,致使边梁支点截面出现较明显的横向弯矩值。单梁模型中并未出现横向弯矩值,因此受竖向、横向弯矩的影响,使得该截面处表现出应力峰值现象。

4 预制斜转正桥设计探讨

综合对比预制斜转正桥梁与正桥,二者存在较大的区别,因此在预制斜转正桥梁设计工作中需要重点关注以下几点内容:

(2)边界约束条件是改变结构内力的重要因素。边支点处较为可行的是滑板支座的方式,此举可缓解钢束二次内力冗余的问题。

(1)预制结构梁格划分方式的选择。可将预制梁视为划分边界,考虑到边梁截面非对称的特点,需确保湿接缝宽度的合理性,以免对建模结果造成影响,调整边梁形心位置,该处与钢束作用中心应达到完全重合的效果,此举可缓解横向弯矩作用。

(3)各纵横杆的结构特点不同。因刚度约束直接影响梁格状况,使其对温度荷载的敏感度提升,建模过程中应重点关注各龄期条件下混凝土收缩徐变情况[3]

(4)各梁的跨径不尽相同。需选择合适的正弯矩钢束,采取科学的配束方式;桥梁顶板处的负弯矩值存在较大差异(即钝角与锐角两种情况),负弯矩钢束设计工作中,必须以墩顶位置为准采取合理的设计方案。

此次研究的患者均为我院住院患者,其入院时间为2016年8月~2017年10月期间,所涉及的患者例数为110例,采用随机分组的方式进行研究,其中对照组患者例数为55例,男性患者例数为30例,女性患者例数为25例,年龄跨度最大为78岁,最小为24岁,平均年龄值为(48.93±2.16)岁,而观察组患者中的总例数为55例,男性患者例数为29例,女性患者例数为26例,年龄跨度最大为77岁,最小为23岁,平均年龄值为(48.15±2.12)岁,经统计学分析,以上患者的资料差异较小,可进行下方实验。

(5)纵梁承受扭弯作用。若各构件都处于承受剪扭状态,由于存在扭矩影响致使抗剪性能大幅下降,结构设计环节要加强抗剪箍筋。

(6)墩顶截面存在较明显的横向弯矩。根据纵梁墩顶截面特点可将该处按实心截面考虑,加强腹板侧面钢筋是可行途径。

(7)弯矩效应与斜交角具备正比的关系。相同墩顶各处的支座反力存在较明显的差异化现象,因此要以支座反力为基准,确定合适的支座形式。

5 结语

本文以预制斜转正桥梁为背景,分析各结构的受力特性,明确不同受力特性的生成原因。引入工程实例进一步验证所提方法的可行性,并总结设计工作中应注重的要点,以期给预制斜转正桥梁的设计工作提供可行指导。

参考文献

[1]田亮,高伟.箱梁梁格法建模若干问题的探讨[J].山西建筑,2019(20):150-152.

[2]刘志宏,张明,黄宏力.梁格法在桥梁结构分析中的应用研究[J].建筑技术开发,2019(14):1-3.

[3]王爱.复杂异形桥梁结构设计计算分析[J].低碳世界,2018(4):270-272.

作者简介:李健,工程师,研究方向为公路工程桥涵设计。

文章来源:《智能城市》 网址: http://www.zncszz.cn/qikandaodu/2020/0515/335.html

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