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    实现装配式桥梁体系设计的“自由”

    2020-11-24    作者:admin  阅读:68次

    尽管跟着新标准的公布及有用精细化剖析办法的优势,梁格核算正在业界逐步遍及,但部分规划单位依然对其不太熟悉,乃至用错的状况也存在。本文选用空间网格模型的特例——空间梁格模型,以取得各类安装式桥梁遍及适用性的核算模型和荷载效应,并助力规划单位完成安装式桥梁系统规划的“自在”。即以施工简便性决议安装式桥梁的系统结构,结构规划不需求为了满意某种横向散布系数核算办法的结构要求而添加施工杂乱度。一起,本文也评论选用空间梁格核算时,承载力核算办法。

    安装式桥梁的空间梁格模型

    现在,安装式桥梁首要办法如图1所示,分为预制部分与现浇部分,在预制部分架起完成后,架起模板现浇混凝土完成桥梁全体化。传统的横梁规划一般是横梁与顶板浇筑在一起的,即为“大横梁”系统,图1(a)所示,桥梁施工进程较为杂乱。一起,在某些工况下,较强的横梁联络也可能会导致边梁受力更为晦气。为了简化上述的横梁系统,能够将横梁与混凝土桥面板别离,即好像钢混组合梁选用的“小横梁”系统,如图1(b)所示。这种系统不只将横梁与桥面板别离,小横梁还能够选用钢横梁,以及预制混凝土横梁等,完成更高程度的预制安装化。

    空间梁格模型是空间网格模型应用于安装式桥梁的简化模型,即预制梁选用梁单元,桥面板选用十字梁格进行等效,其面外曲折刚度与实践板的曲折刚度共同,模型构成如图2所示。选用空间梁格模型能够对一切构件进行空间影响面加载,并能够核算出施工进程等引起的空间效应,这在传统的平面梁格系统中均无法表现。并能对不同结构及不同施工办法进行模仿,如预制T梁现浇湿接缝办法,混凝土-混凝土组合梁办法,钢混组合梁的混凝土预制板衔接等。如前所述,空间梁格模型是空间网格模型的简化版:预制梁选用单梁,自身并没有进行网格区分,其腹板面外(即侧向)的刚度没有反映实践状况,所以与此相关的小横梁自身的受力剖析是有差错的。

    横向散布精细化剖析和横梁系统优化

    能够选取两种较为典型的安装式混凝土桥梁——第一种是30m长、桥面12m宽、五主梁的窄桥,如图3所示,从左到右各纵梁编号为边1梁、边2梁、中梁、边2’梁、边1’梁,端横梁和三个跨间横梁均选用大横梁办法,跨间三个横梁沿纵桥向均匀安置。第二种是20m长、桥面16.25m宽、七主梁的宽桥,如图4所示,从左到右各纵梁编号为边1梁、边2梁、边3梁、中梁、边3’梁、边2’梁、边1’梁,端横梁和跨间两个横梁均选用大横梁办法,两个跨间横梁均间隔两边梁端7m。

    与空间梁格模型比照选用的实体模型为20节点6面体单元,区分精度约5cm。比照核算成果显现两种模型核算的自重位移和自重应力的差错均在5%以内。对空间梁格模型验证,一起可根据该模型对横梁系统进行研讨和优化。首先是大横梁系统下选用空间梁格剖析办法与传统横向散布系数简化核算成果的比照剖析。然后是对大横梁与小横梁系统的比较,研讨参数包含小横梁的高度和小横梁的个数。

    图6窄桥和宽桥的中梁跨中弯矩影响线

    图5和图6为别离选用空间梁格模型、实体单元模型,以及传统的刚性横梁法和刚接板梁法核算的边梁和中梁的横向影响线。能够看出,空间梁格剖析与实体剖析成果根本共同;刚性横梁法与刚接板梁法均有不同程度的差错。

    表1和表2别离为对影响线加载的跨中弯矩与支点剪力核算成果。其间,“空间梁格”的截面为预制梁断面,“中到中全断面”是为了比较将空间梁格模型的效应换算到与刚性横梁法和刚接板梁法选用的全断面(本文后边还有评论)。

    图7不同跨间横梁高度时荷载作用在边梁和中梁时的各梁跨中位移

    图7为跨间横梁别离选用不同横梁高度时,会集荷载作用在边梁和中梁时的各梁跨中位移。核算显现,选用小横梁与大横梁的不同有限,且跨间小横梁高度的影响不明显。图8为跨间横梁个数的影响剖析,即当会集荷载作用在各梁跨中时,各梁的跨中位移。窄桥的小横梁高度为1.58m,比照三横梁、四横梁和五横梁的状况;宽桥的小横梁高度为0.94m,比照三横梁、四横梁的状况。核算显现小横梁个数的影响也不明显。

    图8不同跨间横梁个数时荷载作用在各梁时的跨中位移

    以上研讨成果显现:安装式桥梁的系统有较大的优化空间,优化的方向包含横梁与桥面板的联系、横梁的办法和施工办法、横梁的高度和数量、主梁的距离等。优化的方针是为了施工的便利和快速,然后更有用地进步施工功率和质量。

    空间梁格模型中的主梁截面及其承载力核算

    安装式混凝土桥梁一般以为其主梁截面是以各梁之间中到中天然区分,但当主梁距离拉大并选用小横梁时,则需求进一步剖析清楚各预制梁的受力,以及横向衔接部分桥面板的受力。如图1(b)所示的安装式桥梁,预制梁截面一般不会是传统意义上中到中的主梁截面,现代施工也不会为了硬性满意有用散布宽度的核算要求来进行截面规划。安装式桥梁的主梁截面和受力如图9所示,beff表明有用散布宽度规模的主梁宽度。

    图9安装式桥梁的主梁截面和受力

    图示截面总弯矩:

    M=M1+M2+M3

    M1=Ms1+Ms2+Ms3+Ms4

    M2=Mb

    M3=Fbeb+(Fs1+Fs2+Fs3+Fs4)·es=Fb·e

    Fb=Fs1+Fs2+Fs3+Fs4

    截面的弯矩将由三部分组成:纵向湿接缝的弯矩M1,预制梁的弯矩M2和湿接缝与主梁的轴力Fb构成的力矩M3。也就是说:预制梁部分和湿接缝部分将接受轴力,预制梁和湿接缝都不是纯弯结构,而是拉弯结构和压弯结构,合理精确的办法是需求按拉弯构件或压弯构件进行验算。

    标准的原意是截面承载力选用纯弯核算,并选用有用散布宽度以考虑剪力滞的影响。但当预制梁选用有用散布宽度操控时,其截面是有轴力的,仅用M2进行纯弯验算并不符合实践受力状况。表1和表2在“中到中全断面”中为便利比较,将荷载效应换算到全断面,即弯矩为M=M1+M2+M3,此刻截面为纯弯受力。但问题是不同阶段荷载效应所对应的受力截面在改变,不同阶段一切弯矩之和并不是作用在终究抗力截面上。这与钢混组合桥梁的受力特色和截面改变状况有相似之处,即钢梁的弯矩与作用在全体组合梁截面上的活载弯矩,实践上作用在不同阶段的截面上,核算抗力时其效应也不应该直接叠加。