特宽桥梁的计算探讨

马 琳 ，高建军 ，赵兴中

（1.天津市市政工程设计研究院，天津市3000457；2.山东华鉴路桥技术有限公司，山东济南 250101）

0 前言

据统计，到2011年8月底，我国机动车保有量达2.19亿辆，其中汽车保有量突破1亿辆。按照国际标准，一个国家或者地区每百万户汽车保有量达到20万辆以上时，就认为进入了汽车社会。按照这个标准，北京、天津和浙江省已经提前进入了汽车社会。《蓝皮书（2011）》中提到，2010年北京市百万户居民私人汽车约为60万辆，2009年天津百万户居民私人汽车就达到25.3万辆，浙江省2010年全省城镇每百万户居民私人汽车26.43万辆。为了保证城市交通的快速、安全与畅通,很多城市都在进一步拓宽城市道路,城市特宽桥梁也就应运而生。

据文献[1]表明:宽度大于40 m的城市桥梁已有很多,有的甚至达到80 m以上。城市特宽桥主要为原有旧桥的改建加宽[2]和新建特宽桥。其结构形式主要有分离型和并联整体型。分离型是指为了简化计算,将一座桥分成相互独立的几座相对较窄的桥梁单独受力进行分析;整体型主要是指不管桥有多宽,设计时按整体结构进行计算,其受力分析较为复杂，结构空间效应显著。本文着力于典型工程实例，对相关特宽桥梁的受力规律进行研究，从设计的角度对结构进行研究分析，具有较好的理论及工程实用价值。

1 工程实例

该工程全长均为35.12m，宽度在10.80～67.96m之间。上部结构形式为（11.5+11.5+11.7）m的整体现浇式钢筋混凝土连续实心板，支点根部板厚为0.8 m，跨中板厚为0.6 m；下部结构为柱式墩，挖孔桩基础。如图1所示。

2 计算方法

特宽桥的构造尺度的特性决定了其设计计算的特点。对于平面分离体系的宽桥,一般按几座桥梁单独受力来进行分析,互不相干。每一部分从基础到桥面都是相互独立、互不关联的。这种体系的结构形式多采用简支梁,因这种体系设计较简单,且有很多现成的资料可以引用,故应用较广泛。对于平面整体体系的宽桥,将桥面沿横向分成几跨,跨与跨之间的横梁简支或连续搭接,互不独立,从基础到桥面为一整体，因为桥面板的纵横方向尺寸处于同一数量级,因此需要按双向板来考虑计算受力。另外,由于其宽跨比较大,而荷载的横向分布与结构的尺寸有关,因此,荷载横向分布的计算有别于普通桥梁。这种体系克服了平面分离体系的缺点,是以往城市特宽桥设计的主流。随着有限元软件的普及和提高，城市特宽桥采用有限元进行实桥分析已经成为一种趋势。

2.1 实体网格的划分

在有限元建模分板中，采用什么样的网格划分方法是一个很重要的步骤，因为好的网格划分将直接提高求解的速度和结果的精度。根据本文所研究的变结构，建立的模型采用的是一种比较规整的映射网格划分的方法，它的划分规律为：对于平面划分，只能划分为四边形面，所形成的单元都是平面四边形，而对于实体，只能划分为规整的六面体，形成的实体单位都是六面体单元。

2.2 本文所建立的模型划分

（1）本文采用MIDASCIVIL 2010进行验算，建立空间模型，采用四边形板单元模型，共划分6 691个节点，6 525个单元。计算模型如图2所示。

从图2可以看到，映射网格模型无论是在纵向还是横断面上，单元分割整齐划一，密度适中，这样的网格划分能满足求解的需要。

（2）为进行对比分析，采用桥博3.2建立同等跨度，相同受力条件下模型。

3 计算分析

3.1 纵向受力分析

仅考虑自重及活载的作用下，两种结构在纵桥向比较分析结果如图3~图6所示。

由图3~图6可见，普通结构纵桥向弯矩最大点位置与空间结构弯矩最大点位置在第二跨与第三跨靠近支点处区别较大，主要原因为这两跨桥宽增加较快，但是最大点弯矩两数值比相差在5%以内，仅按照普通结构来指导设计基本符合规范要求。

由图7、图8可见，在四分点处普通结构与空间结构计算结果比较来看，在前两跨，由于桥梁的宽度变化由11 m变化至28 m，在靠近第二跨3/4L处弯矩变化较大，空间结构较普通结构大162%；在第三跨，桥梁宽度由28 m变化至68 m，在1/4L跨处，内力变化最大，空间结构较普通结构弯矩超过400%，而通常连续梁弯矩设计时，在四分点处的弯矩值较小。也就是说，如果超宽结构按普通结构的内力变化特点来指导设计时，在这个位置处的配筋会远远少于其结构本身需要的大小，即使有些结构按照偏安全的系数来控制也基本上不会达到4倍的比例来进行设计，因此会给结构使用带来很大的安全隐患。

3.2 横桥向受力分析

由图9可见，纵桥向最大弯矩作用位置，与常结构最大位置的跨中截面处不同，而是更接近1/4跨径偏向支点附近的截面（与前述结论相吻合）；在横桥向，靠近结构边缘，靠近边缘一定范围处，有突变。以往设计中，这个位置通常不会出现负弯矩。由此可见，在做特宽桥结构设计时，不能直接按传统方式进行设计。

4 结语

通过两种模型的受力分析表明，城市特宽桥的设计在接近跨中处，其值相差不大，按常规桥梁进行设计时，基本满足规范要求，是安全的。但是，在靠近四分点处，宽度变化较大时，弯矩值相差较大，最大值差400%。显而易见，按常规桥梁进行设计已不符合实际情况。因此，在进行特宽桥梁设计时，应加以注意。

[1]李睿,叶燎原,宁晓骏,等.城市特宽桥问题的提出及研究[J].昆明理工大学学报,2002,27（2）:57-59.

[2]李满红,肖清亮.浅谈改建公路中加宽桥的合理设计[J].东北公路,1994（4）:58-62.