預(yù)應(yīng)力混凝土槽形簡支梁內(nèi)力分析方法研究

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首先采用傳統(tǒng)的計算理論對某輕軌高架橋槽形簡支梁的內(nèi)力進(jìn)行了手算.同時,還采用MidasCivil橋梁專用設(shè)計軟件對槽形梁進(jìn)行了電算,在對計算結(jié)果進(jìn)行比較的基礎(chǔ)上,對傳統(tǒng)設(shè)計理論的可靠性進(jìn)行了剖析和評價,并對實際的工程設(shè)計提出合理化的建議.

　　1、工程簡介
　　某輕軌高架橋，設(shè)計區(qū)間總長為90m，雙線、線路中心線間距為3.6m.車輛采用電力牽引、第三軌受力，設(shè)計最高行車速度為80km/h，軌距1425mm，軸重14t.采用60kg/m鋼軌、鋼筋混凝土軌枕式整體道床，軌道建筑高度為55cm.擬采用3×30m預(yù)制裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋，采用等高度雙線整體式預(yù)應(yīng)力混凝土槽形梁截面。橋墩采用T形墩，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。
　　槽形梁是一種下承式受力構(gòu)件，其傳力途徑為列車輪載作用于槽形梁底板，底板將荷載橫向傳至兩側(cè)縱向主梁。主梁內(nèi)配有高強預(yù)應(yīng)力鋼筋，抵抗橋跨結(jié)構(gòu)由外荷載產(chǎn)生的彎矩。槽形梁具有增加橋下凈空、減少建筑高度、兩側(cè)主梁可提供隔音屏作用、縮短施工工期及降低使用期內(nèi)的費用等優(yōu)點。槽形梁的具體尺寸見圖1.
　　2、一般計算方法
　　2.1主梁內(nèi)力計算
　　對于主梁內(nèi)力的計算，傳統(tǒng)的方法是將主梁簡化為一般的簡支受力體系，采用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法進(jìn)行計算。
　　（1）恒載內(nèi)力：包括一期恒載（槽形梁自重）及二期恒載（65kN/m）作用下的內(nèi)力。計算簡圖如圖2所示。
　?。?）活載內(nèi)力：列車活載按6節(jié)車輛編組計算，重車和空車軸重分別為140kN和70kN.考慮到該輕軌為雙線，依據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB50157—2003）[1]，雙線時應(yīng)按各線列車活載總和計算。故最不利加載情況為雙線同時有重車通過。圖3為跨中最大彎矩的計算圖式，限于篇幅，其他不一一列出。
主梁內(nèi)力計算結(jié)果匯總于表1。
　　2.2道床板內(nèi)力計算
　　道床板按單向板進(jìn)行計算[2-3]，計算跨度B取兩主梁腹板中線與道床板中面交點間的距離，取1m寬的板條進(jìn)行計算。計算結(jié)果列于表2.
　　3、電算分析方法
　　以上計算主梁內(nèi)力的傳統(tǒng)方法，采用了相應(yīng)的簡化假設(shè)，實際上是在忽略主梁截面尺寸影響的前提下進(jìn)行的。但實際上槽形梁是一個空間的結(jié)構(gòu)，主梁截面的不同部分之間有著相互的影響。而近年來得到廣泛使用的MidasCivil設(shè)計軟件，正是將主梁作為空間整體分析，可以充分反應(yīng)橋梁結(jié)構(gòu)的空間效應(yīng)。為了做一比較，同時檢驗傳統(tǒng)計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，筆者采用Midas設(shè)計軟件對主梁內(nèi)力進(jìn)行了相應(yīng)的計算。
　　3.1槽形梁模型化
　　由于槽形梁的主梁翼緣、腹板及道床板的厚度與梁體的表面尺寸相比小得多，可近似地將槽形梁視為空間折板的薄殼結(jié)構(gòu)。為便于結(jié)構(gòu)的模型化，首先依據(jù)下列原則對截面進(jìn)行換算①截面的主要外形尺寸及板厚均保持不變；②主梁部分的中和軸位置基本不變；③主梁腹板的截面面積及腹板中面的傾斜角保持不變；④主梁上、下翼緣板的截面面積基本不變；⑤主梁截面沿X和Y方向的慣性矩Ix和Iy基本不變。
　　據(jù)此，可將槽形梁在Midas中建立有限元分析模型，其縱向劃分15個單元，橫向劃分20個單元。為了保證模型符合實際結(jié)構(gòu)，在兩端還增加了端橫梁單元。
　　槽形梁采用四點支撐[4]，在模型中加入約束條件并定義荷載之后，即可進(jìn)行內(nèi)力分析。荷載的種類和大小與手算時相同，特別地，二期恒載按g2=65/8.98=7.24kN/m2換算為面荷載進(jìn)行加載。
　　3.2電算結(jié)果分析
　　由于荷載及結(jié)構(gòu)的對稱性，各種荷載作用下板單元的橫向彎矩值可只取結(jié)構(gòu)的一半進(jìn)行觀察。表3所列為荷載組合作用下各單元的橫向彎矩值，圖4為橫向彎矩沿縱向的分布圖。其它荷載情況未一一列出。
　　4、分析與比較