连续刚构桥中跨置换模型分析

(重庆交通大学　重庆　400074)

一、前言

国内于上世纪70年代开始大跨径混凝土连续梁(刚构)桥的建设工作，因其良好适应性和经济性迅速成为跨径60m～300m范围内最具竞争力的桥型，被广泛运用于公路大型桥梁及市政高架桥梁。由于当时桥梁结构设计和材料理论不完善、日益递增的交通运输量、养护管理的局限性和近年来恶劣的自然条件，引发了部分桥梁的各种问题和结构性病害，主要表现为开裂和跨中下挠等问题，严重者将限制桥梁的正常使用或导致结构丧失承载能力。现通过理论分析研究出了一种梁段置换加固方法，即将跨中相当长度的混凝土梁段置换成钢梁梁段，从而彻底解决跨中下挠问题，并提高桥梁承载能力。

二、节段置换模型

试验模型桥型布置为3.5m+6m+3.5m，模拟三孔一联的预应力混凝土梁桥，边中跨比为0.583。截面采用单片工字梁代替箱梁截面，模拟其受力特性。主梁纵向采用变高度梁，跨中及边跨合拢段梁高为0.28m，中支点处梁高为0.6m。全桥顶板厚为0.12m，宽为0.6m，腹板厚为0.07m。

图1　置换前模型实体单元模型

首先置换加固节段长度不宜过长，考虑到如果置换加固法运用到实际当中，过长的置换加固节段对于桥梁加固来说的经济代价非常大，而且置换加固节段长度越长，施工难度越大，工期也越长，这是非常不可取的。对于本文模型桥来说，如果将置换加固段长度设置太短，构件尺寸的限制会直接导致置换加固过程的模拟不符合设计甚至试验失败的情况。因此将置换加固长度定为跨中2m节段，即主跨的1/3。这是因为，重庆石板坡长江大桥复线桥的钢梁长度108m，主跨长度为330m,钢梁长度接近主跨的1/3，说明置换加固段长度设置为主跨的1/3是切实可行的。而且本文模型桥进行置换加固时，跨中2m长度能够满足节段切除方案以及钢混接头安装浇筑完毕后预应力的再次张拉预留长度，对于静载试验荷载的确定也有一定的帮助，可以说是对于本文模型桥来说较为合理的置换加固长度。

由于中跨长6m，节段置换后的模型将选取中跨1/3梁(即2m长)段置换成钢梁，提高桥梁的承载能力。其中2m长钢梁分为0.4m钢混接头+1.2m钢梁梁段+0.4m钢混接头。模型采用实体单元进行模拟，并进行六面体网格划分。混凝土的本构模型同加固前试验模型桥实体模型，钢梁采用 Q345材料，本构模型选用范梅塞斯模型，初始屈服应力为 345Mpa,本模型假设钢材为完全塑性材料，因此定义函数选择无。

图2置换后模型实体单元模型

三、节段置换计算结果

在 Midas/FEA 中对试验模型桥跨中两米置换加固段顶面单元施加 30kN/m2均布面压力，分析类型选择非线性分析，荷载步骤数设置为 200，以确定截面应力达到抗裂计算限值时的荷载值。经有限元建模计算，加固前预应力混凝土梁模型桥跨中两米节段受均布荷载达到12.6KN/m时，跨中底板拉应力超过ftk=2.4Mpa。现拟用12.6KN/m跨中两米节段均布荷载作为构件开裂荷载计算值，进行本次静载试验。下面是加载到控制荷载时置换前后关键截面处的位移计算值。

表1　关键截面位移计算值比较(mm)

四、结语

本文针对预应力混凝土连续刚构桥由于中跨自重大导致跨中下挠严重的问题，提出节段置换的方法，并分别建立置换前后小比例模型，做荷载静力分析，发现置换后中跨跨中处置换后下挠明显减小，说明中跨置换成钢梁能有效减轻下挠，这对以后的旧桥加固具有一定得参考意义。

【参考文献】

[1]邓文中，待彤.重庆石板坡长江大桥复线桥总体设计[J].桥梁建设 2006,(6):18-20.

[2]刘滨锐.连续刚构桥常见病害分析及防治措施[D]:[硕士学位论文].重庆：重庆交通大学土木 建筑学院，2012

[3]王宏.高墩大跨连续刚构桥稳定性和静力分析[D].大连:大连理工大学.2004.

[4]刘玉擎.混合结构桥梁[M].北京：人民交通出版社.2005.

[5]刘雪山，刘安双，代彤，刘国祥.重庆石板坡长江大桥复线桥钢—砼接头设计[J].北京交通 大学学报.2006.

[6]陈幵利，王戒躁，安群慧.舟山桃夭门大桥钢与混凝土结合段模型试验研究[J].土木工程学报，2006,39(3)：86-90.

[7]胡明义，黄冰释，余俊林，唐守峰.鄂东长江公路大桥设计关键技术[J].桥梁建设2011,(5):64-68