大跨度桥梁架构分析及优化

朱 宁 沈阳市市政工程修建集团有限公司工程师

当前大跨度桥梁分为斜拉桥和悬索桥2 种，都是由钢梁和混凝土梁组成，其中主要受压点是桥梁的中跨、边跨和主跨，桥梁的混凝土桥面易受压和受弯，钢梁承受的张拉力较大。桥梁的三部分缺一不可[1]，其中任何一个部分出现问题，都会影响桥梁整体性能，所以国内外都在积极开展对桥梁性能及架构的研究。

1 大跨度桥梁架构承压性能分析及优化设计方法

1.1 大跨度桥梁架构承压性能分析

只有先分析桥梁架构的承压能力，才能对大跨度桥梁架构进行优化，增强桥梁性能。因此，采用等效屈服弯矩的验算方式，判断桥梁界面的承压性能[2-3]。为此计算桥梁截面，如图1 所示，在给定轴力下的弯矩曲率曲线上，确定桥梁第一根钢筋，承压屈服时为第一次弯曲点，桥梁界面失效时为最大曲率点。

图1 桥梁弯矩曲率曲线

此时，式（1）得到的等效屈服弯矩越大，大跨度桥梁架构承压能力越高，反之越低。由此可见，优化大跨度桥梁架构，可以通过增大等效屈服弯矩，增加大跨度桥梁的承压性能。

1.2 大跨度桥梁架构优化设计

表1 大跨度桥梁纵桥向应力 （MPa）

入式（2），则有：

2 实验

为验证此次大跨度桥梁架构实际应用效果，将进行对比仿真实验，选择某区域近期建造完成的大跨度桥梁作为此次实验的研究对象，采用MATALB 作为实验仿真软件。并将此次研究的大跨度桥梁架构优化方法记为实验A 组，传统大跨度桥梁架构优化方法记为实验B 组。通过改变大跨度桥梁承受的荷载，对比两组方法中桥梁，顶板、底板、U肋、T肋及腹板的纵桥向应力。

2.1 实验准备

此次实验共选择32 个BGK4200 表面式振弦传感器，测量大跨度桥梁应变，并将10 个传感器安装在钢混结合段横桥向，22 个传感器分别埋设在钢混结合段及PC箱梁段纵桥向；BGK-MICRO-40 自动化数据采集仪，则与BGK4200 表面式振弦传感器相连接，从而得到传感器测定的应变数据。此时，需要对BGK4200 表面式振弦传感器进行处理，处理公式如下：

2.2 实验结果

基于上述确定的模拟环境以及大跨度桥梁基础数据，在MATALB 上采用两组优化方法，针对原本的大跨度桥梁进行优化，并在同一时间施加相同的荷载，且荷载每隔5 min 增加500 kN/m2，然后提取两座大跨度桥梁中顶板、底板、U 肋、T 肋及腹板的纵桥向应力，其实验结果如表1 所示。

从表1 可以看出，实验B 组优化大跨度桥梁，在受到一定的荷载时，产生了较大的纵向应力，且随着荷载的增加，纵向应力也在不断加大。尤其是实验B 组大跨度桥梁的U 肋和T 肋，纵桥向应力出现较大的差值，表明其存在受力不均匀的现象，各部件存在纵桥向荷载分担不合理问题；而实验A 组优化大跨度桥梁，在受到一定的荷载时，产生的纵向应力较小，且随着荷载的增加，纵向应力增加均匀，并未出现突增的现象。由此可见，此次研究所优化的大跨度桥梁架构，各构件受力均匀，分担的纵桥向荷载比较合理。

3 结语

综上所述，此次研究充分分析了大跨度桥梁架构的承压性能，进一步优化了大跨度桥梁架构。今后还需根据大跨度桥梁架构承压性能，结合实际情况，重点研究大跨度桥梁的架构材料，优化大跨度桥梁架构。