4-16m等截面弯箱梁桥的计算分析

摘 要：随着国内交通行业的不断发展，多层立交枢纽建设项目越来越多，往往需要弯桥作为进出口匝道。本文结合余姚市胜山至陆埠公路杭甬高速互通（陆埠互通）工程A匝道桥第一联4-16m等截面弯箱梁的设计，介绍了应用midas civil有限元软件对该类桥型的建模分析过程，并总结了设计过程中的一些经验，可供同类桥梁设计作参考。

关键字：弯箱梁；匝道；midas；计算；分析

中图分类号：TU470+.3 文献标识码：A 文章编号：

1 工程概况

本互通采用单喇叭互通，西距余姚互通约9.6 公里，东距大隐互通约14.7 公里。匝道最小平曲线半径为62.25m，最大纵坡3.5%。

杭甬高速公路跨线桥（即A 匝道桥）全桥布跨为8×16m（钢筋砼现浇箱梁）+3×35m（预应力砼预制小箱梁）+7×30m（预应力砼预制小箱梁）。其中南侧引桥第一联弯箱梁位于半径为R=65m 的圆曲线上，考虑小半径弯桥为弯、剪、扭耦合作用结构，宜设置小跨径现浇箱梁，为减少小半径匝道桥病害的影响，横向设置与墩柱间的限位挡块，以抵抗扭矩使箱梁产生的横桥向滑移。

图1 匝道平面布置图

2 A匝道第一联弯箱梁设计

A匝道第一联弯箱梁由4跨16米等截面单箱三室箱梁组成，梁中心线曲率半径为65m。箱梁梁高1.2m；顶板宽16m ，厚0.25m，设2%的横坡；底板宽11.8m，厚0.25m；箱梁边腹板厚度0.4m；箱梁中腹板厚度0.4m；翼缘板悬臂长为2.1m，端部厚0.2m，根部厚0.45m。除在墩顶位置设置厚1.4m的中横梁，边跨端部位置设置厚1.0m的边横梁外，其余部位均不设横隔板。箱梁跨中截面见图2。

图2 跨中截面示意图

3 结构纵向受力分析

3.1 技术标准

3.1.1设计荷载：公路-Ⅰ级；

3.1.2桥面宽度：16m。

3.1.3环境类别：Ⅰ类。

3.2 主要材料

主梁采用C50混凝土；钢筋采用HRB335钢筋，主筋直径28mm。

3.3 设计参数

3.3.1主要材料及指标：混凝土、钢材等均按规范要求取值。

3.3.2一期恒载：主梁混凝土重量26KN/m3，按实际断面计算重量。

3.3.3二期恒载：二期恒载为10cm厚沥青铺装、防撞护栏。

3.3.4结构基频： 9.23Hz。

3.3.6温度影响力：

a、体系升温20℃

b、体系降温20℃

c、按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）第4.3.10条计算主梁梯度温度。

3.3.7支座沉降：每组支座不均匀沉降10mm。

3.3.8徐变收缩：收缩龄期为3天;由程序自动计算各构件的理论厚度。

3.4 模型建立

采用midas civil 2012单箱多室箱梁梁格法建模助手建立梁格模型，对箱梁截面进行划分时，采用基于腹板方式，截面划分如下图：

图3 箱梁横向梁格划分

箱梁截面横向梁格划分后，需确认纵向虚拟横梁数量，本工程每跨设置10道虚拟横梁，最终生成全桥梁格模型如下：

图4 有限元梁格模型

模型节点数量：378。单元数量：582。边界条件数量：15。

全桥施工阶段数量：3 ，施工阶段步骤为：箱梁现浇30天，二期恒载30天，收缩徐变3650天。

3.5 主要计算结果

3.5.1弯矩计算：

成桥弯矩图（kN-m）

全桥最大负弯矩出现在2#主梁桥墩墩顶处：5274 kN-m。

全桥最大正弯矩出现在2#主梁边跨跨中处：3755 kN-m。

3.5.2剪力计算：

成桥剪力图（kN）

全桥最大剪力出现在1#主梁边跨支点处：2213 kN。

3.5.3扭矩计算：

成桥扭矩图（kN-m）

全桥最大扭矩出现在2#主梁边跨支点处：747 kN-m。

3.5.4支反力计算：

4 结语

4.1 对弯箱梁进行计算分析，传统的平面杆系软件不能体现桥梁受力的空间效应，计算精度较差。空间有限元软件能体现预应力钢束、汽车的空间位置，分析相应扭矩，提高设计计算精度。Midas civil的梁格法建模助手更能将复杂的梁格建模过程简化，是目前较为理想的弯箱梁计算程序。

4.2 建模助手虽然是个高效的建模工具，但模型建立后，仍需对模型进行调整，以使模型尽可能准确的体现实际受力情况，如生成的模型构件尺寸是否按照最初的设想、支座位置及连接方式是否与实际情况相符等。

4.3 由于梁格法模型节点、单元数量庞大，模型复杂程度高，为了便于检查模型的正确性，可将虚拟构件尺寸设为0，仅保留其截面特性。

4.4 梁格法建模时，虚拟构件的截面特性需进行手动计算，计算方法参见《桥梁上部构造性能》和《桥梁结构空间分析设计方法与应用》两部著作。

参考文献：

[1] E.C.汉勃利[英].郭文辉译.桥梁上部构造性能[M].北京：人民交通出版社，1982．

[2] JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规范.

[3] JTG D62-2004.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范

[4] 戴公连.桥梁结构空间分析设计方法与应用[M].北京：人民交通出版社，2001.

作者简介： 王继国（1980-），男，浙江余姚人，工程师，从事公路桥梁建设管理工作