晋中市锦纶路上跨安宁街桥梁受力分析

吴红升 唐 军

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)

晋中市锦纶路上跨安宁街桥梁受力分析

吴红升 唐 军

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)

采用桥梁博士软件建立了晋中市锦纶路跨线桥5跨等截面预应力混凝土连续梁桥的有限元计算模型，分2个阶段计算分析了该桥的受力特点，计算结果表明该桥梁满足设计规范要求，为该桥的设计复核提供了参考。

箱梁，力学性能，有限元法

1 工程概况

晋中市锦纶路改造工程南起顺城街，北至体育街，全长2 888.56 m，道路红线宽度42 m。为了解决节点处直行交通与转向交通的分离，在安宁街节点处设置锦纶路主线上跨安宁街跨线桥，从而实现节点处的立体交通。安宁街跨线桥采用28 m+3×35 m+28 m等截面预应力混凝土连续梁，桥梁宽度16 m；桥墩采用带横梁双立柱桥墩，基础均为承台配桩基(见图1)，桥台采用桩接盖梁形式。等截面预应力连续箱梁梁顶宽15.8 m，梁底宽度9.2 m，箱梁悬臂段按照圆曲线过渡，梁高2.0 m，箱梁分3室，外侧腹板为斜度较大的斜腹板，中间2道腹板为直腹板，直腹板厚度由0.7 m过渡到0.45 m。箱梁顶、底板自桥中心线向两侧形成1.5%的横坡(见图2)。

桥墩采用双立柱桥墩，立柱断面形式为矩形断面(倒圆角)，双立柱之间用横梁连接，立柱在顶部呈弧线形适当外倾以增大支座间距，在桥墩立柱断面尺寸为1.5 m(宽度)×1.6 cm(厚度)，墩顶设置系梁。桥台采用桩基接盖梁式桥台，盖梁通过变高度调整横坡，外侧高度2.9 m。桥墩、台基础采用承台配桩基，桩基础均按摩擦桩设计。等截面预应力连续箱梁结构桥墩基础承台尺寸为7 m(横桥向)×10.3 m(纵桥向)×2.5 m(高度)，承台下桩基为3排6根直径1.5 m的桩基，采用钻孔灌注。桥台采用1排4根1.5 m的桩径。为了确保桥梁运营安全，需要对该桥建立模型进行受力分析。

2 箱梁模型的建立

锦纶路主线上跨安宁街跨线桥的建模采用桥梁博士有限元软件进行建模，用梁单元模拟现浇箱梁；墩顶端横梁、中横梁以及跨中横隔板重量折算成集中荷载和均布荷载施加在箱梁上；箱梁中的普通钢筋按照施工图纸进行模拟，箱梁纵向预应力钢束布置形式按照施工图纸的实际位置进行模拟，钢束布置形式如图3，图4所示。墩顶支座按照桥梁受力的边界条件进行模拟，箱梁所用的材料常数根据桥梁设计规范确定。

根据桥梁相关规范和其他桥梁的建模经验，箱梁的受力按照实际情况进行恒荷载的施加，移动荷载、混凝土的收缩徐变、基础变位等按照桥梁规范进行施加。

采用满堂支架法施工该箱梁，搭设支架并进行预压，支模并浇筑箱梁混凝土，然后进行箱梁混凝土的养护，达到龄期后张拉相应钢束，最后进行桥面铺装、栏杆、照明等桥梁附属结构的施工，施工阶段的具体划分如表1所示。

表1 施工阶段划分

3 分析箱梁计算结果

3.1 承载能力极限状态强度验算

箱梁轴力和弯矩在该桥跨中近似对称，剪力包络图关于跨中大致反对称。根据预应力混凝土连续梁桥成桥后的弯矩包络图和剪力包络图的一般规律，正弯矩存在于每跨跨中，较大负弯矩在墩顶处存在(见图5，图6)；剪力包络图中剪力较大且有突变是在墩顶附近，在跨中剪力较小，符合相应的结构受力一般规律。根据JTG D62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范相关规定需进行正截面抗弯强度验算，根据有限元软件计算出的最大、最小弯矩包络图可知，截面内力最大正弯矩为92 533.3 kN·m小于截面抗力100 669.7 kN·m，截面内力最大负弯矩为50 413.9 kN·m小于截面抗力83 637.5 kN·m，箱梁所有截面的弯矩设计值均小于截面的抗力值，满足规范要求。根据桥梁规范的相关规定进行使用阶段斜截面抗剪验算，由有限元软件计算出剪力包络图可知，全桥最大剪力为11 388.1 kN(截面内力)小于12 076.4 kN(截面抗力)；同时根据计算结果，所有截面的内力均小于截面的抗力，满足规范要求[1]。

3.2 正常使用极限状态抗裂验算

箱梁正应力图在该桥跨中近似对称，在荷载短期效应组合下[2]，上缘最大正应力为11.38 MPa，最小正应力为-0.60 MPa，下缘最大正应力为10.64 MPa，最小正应力为-0.42 MPa，最大主拉应力为-1.05。在荷载长期效应组合下上缘最大正应力为6.75 MPa，最小正应力为1.64 MPa，下缘最大正应力为10.03 MPa，最小正应力为2.17 MPa。以上数据均满足相关桥梁规范的规定。

4 结语

针对晋中市榆次区锦纶路上跨安宁街桥梁的实际结构受力特点，对该桥使用有限元软件桥梁博士进行成桥后结构的静力分析，根据建立现浇预应力混凝土连续箱梁桥的有限元模型计算结果可知，箱梁受力各项指标均满足相关桥梁规范规定的允许值，成桥后箱梁线形控制较好。针对该桥的受力特点进行预应力钢束的设计，全桥配置通长钢束，有利于桥梁的施工，在墩顶附近部分腹板预应力钢束没有弯起，较好的满足桥梁规范规定的各项受力指标，本文计算结果已为锦纶路上跨安宁街桥梁设计复核提供了基础性数据。

[1] 吴红升.晋中市经四路涧河桥力学性能分析[J].山西建筑，2012，38(33):183-184.

[2] JTG D62—2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范[S].

Mechanical property analysis for the elevated bridge on Jinlun road and over Anning street in Jinzhong city

Wu Hongsheng Tang Jun

(DesignandResearchInstituteofTaiyuanMunicipalEngineering,Taiyuan030002,China)

Software Doctor Bridge is used to establish a Finite Element model of the five-span prestressed concrete continuous beam bridge of equal section, which is on Jinlun road and over Anning street in Jinzhong city. Two working conditions are considered to calculate mechanical properties of the bridge. Calculating results can meet the bridge design specifications. And the calculating results in this text have offered reference for design review of the bridge.

box girder, mechanical properties, Finite Element method

1009-6825(2015)02-0149-02

2014-11-07

吴红升(1979- )，男，硕士，工程师，一级注册结构工程师； 唐 军(1982- )，男，工程师

U448.17

A