简支变连续加固旧桥前后内力分析

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辛立娟等:简支变连续加固旧桥前后内力分析67简支变连续加固旧桥前后内力分析辛立娟，何化南，陈旭(大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连116024)【摘要】多跨T型简支转连续梁的加固方法是加固旧桥、提高荷载等级的有效措施，简支变连续法被广泛应用到对中、小跨径简支梁桥的加固中。本文采用大型有限元分析软件ANSYS，对简支变连续结构体系加固旧桥前后桥梁上的汽车荷载效应进行了计算分析，模拟结果表明:体系转换后，跨中的弯矩显著降低，达到了加固的效果;控制截面的剪力有所增加，需要进行抗剪加固。【关键词】简支变连续;旧桥加固;汽车荷载【中图分类号】TU312.1【文献标识码】B【文章编号】1001－6864(2013)08－0067－03THEINTERNALFORCERESEARCHONOLDBRIDGEREINFORCEMENTINTRANSFORMINGSIMPLY-SUPPORTEDBEAMSYSTEMTOCONTINUOUSBEAMSYSTEMXINLi-juan，HEHua-nan，CHENXu(1．StateKeyLaboratoryofCoastalandOffshoreEngineering，DalianUniversityofTechnology，LiaoningDalian，116024，China)Abstract:Thestrengtheningtechniqueofchangingmulti-spansimply-supportedT-beamsintocon-tinuousbeamsisaneffectivemethodtoincreasetheirbearingcapacityandclassofloading，whichisap-pliedwidelyinstrengtheningsimply-supportedbridgesofsmallandmediumspans．ThispapercalculateandanalyzesthevehicularloadeffectsonthemodelsbeforeandafterstrengtheningbythefiniteelementanalysissoftwareANSYS．Thesimulationresultsshowthat:Aftersystemconversion，thespanofthebendingmomentsignificantlyreducedandachievedthereinforcedeffect;theshearvalueatcontrolsec-tionsisincreased，soitisnecessaryforshearreinforcement．Keywords:transformingsimplysupportedtocontinuoussystem;oldbridgestrengthening;vehicu-larload随着我国经济迅速增长，交通运输事业取得了快1工程实例简况速的发展，每年开工建设的桥梁约为1万余座。但是，辽宁省某沈环线大桥，它的单孔跨径是22.2m，共随着运营年限的增加及交通运输的发展，许多已建好十孔，桥梁的总长是231.29m，桥面总宽度是8m，其中的桥梁的由于自身缺陷或者超负荷工作等因素，其正桥面的净宽是7m，桥面两侧各附有0.5m的防撞墙。常使用受到影响，有的甚至出现了承载力不足的状桥梁上部结构是装配式的钢筋混凝土结构，主梁之间［1］况。有关统计数据表明，许多的此类桥梁都面临承有端横隔梁，没有中间横隔梁，主梁纵筋是10根直径载能力下降和设计荷载不足的窘境，而全部拆除重建为32mm的低合金螺纹钢。桥梁的支座是摆柱式的活又不切合实际。因此，采用合理的加固措施提高桥梁动支座和钢板固定式支座。桥梁下部结构的桥墩是的承载能力和耐久性能，利用已有资源保证存在缺陷椭圆柱式，基础为钻孔灌注桩。该桥梁建于1967年，［4］的旧桥仍然能发挥应有的作用，从而继续为交通运输采用的设计荷载为汽－13，拖－60。事业服务，是工程人员急需解决的重要难题。由于汽－13，拖－60是原公路桥涵设计规定的汽目前大多是针对旧桥的上部结构进行加固，常见车荷载，新公路桥涵设计将汽车荷载分为公路－Ⅰ级［2］的加固措施主要有粘贴钢板加固法，预应力拉杆加和公路－Ⅱ级两个等级，对于车辆荷载，公路－Ⅰ级［3］固法，改变结构体系加固法等。本文结合一个实际和公路－Ⅱ级采用相同的车辆荷载标准值。车辆荷［5］工程，分析了简支变连续的体系转换桥梁加固前后汽载的布置见图1。其主要技术指标见表1所示。车荷载作用效应对比情况，展现了体系转换的优势。2结构模型 68低温建筑技术2013年第8期(总第182期)表1车辆荷载主要技术指标项目单位技术指标项目单位技术指标车辆重力标准值/kN550轮距/m1.8前轴重力标准值/kN30前轮着地宽度及长度/m0.3×0.2中轴重力标准值/kN2×120中、后轮着地宽度及长度/m0.6×0.2后轴重力标准值/kN2×140车辆外形尺寸(长×宽)/m15×2.5轴距/m3+1.4+7+1.4120mm，沥青混凝土层厚度为50mm，桥面两侧分别设置50cm宽的防撞墙。单跨连续梁横截面示意见图4，(1)材料参数。近似将原桥混凝土的强度取为采用的有限元模型见图5。有限元采用SOLID45单4C30。对应混凝土的弹性模量取为3.00×10MPa，泊元，纵向单元尺寸为0.2m，横向单元尺寸为0.1m，竖－5松比取为0.167，温度线膨胀系数取为1.0×10，钢向单元尺寸为0.1～0.2m。统计得全桥单元总数为3筋混凝土的重力密度取为26kN/m。沥青混凝土的重118924个，结点总数为182826个。3力密度取为23kN/m。加固过程主要采用两种混凝土:C30和C40混凝土。新浇的强度为C30的混凝土材料参数与原T梁混凝土略有不同，计算过程中近似按原T梁的参数计算，C40混凝土的材料属性为:弹性模量取为3.25×410MPa，泊松比取为0.2，温度线膨胀系数取为1.0×－5310，钢筋混凝土重力密度取为26kN/m。新浇混凝土的使用部位如下:新浇的C30混凝土用来加宽主梁两侧的腹板，浇注T梁间的湿接缝，墩顶现浇段，T梁的中横隔梁以及承托，新旧盖梁之间的联接;C40混凝土用于浇注桥面结构层。(2)简支结构模型。采用ANSYS建立纵向单跨、横向5片T梁铰接的简支模型。T梁跨长为22.2m，计算跨径为21.6m，梁高为1.35m。铺装层厚度为100mm，沥青混凝土层厚度为50mm。单跨简支梁横截面示意见图2，计算分析所采用的有限元模型示意见图3。有限元采用SOLID45单元，纵向单元尺寸取0.2m，横向单元尺寸取0.lm，竖向单元尺寸取为0.1～0.2m。模型建立之后，统计得全桥的单元总数为42320个，结点总数为64067个。3桥梁加固前后汽车荷载作用下的内力分析(3)连续结构模型。采用ANSYS建立纵向5(1)内力计算。计算控制截面的最大内力，首跨、横向5片T梁的连续模型。T梁单跨长为22.2m，先求出该截面内力对应的影响线，然后根据荷载特点总长为111m，梁高为1.35m。后浇结构层厚度为找到最不利位置，从而计算截面的内力设计值。 辛立娟等:简支变连续加固旧桥前后内力分析69加固前简支梁桥影响线的获得可以由结构力学第三步:求解所有荷载步;第四步:提取某个位置的某知识很容易的得到;加固后连续桥梁影响线的获得采个自由度在各个荷载步下的响应值，由此可以绘制该［6］用王文斌的在ANSYS中实现影响线计算的方法。位置的某个自由度的影响线;第五步:重复第四步响第一步:分别在需要绘制影响线的结构所有位置(n个应值的提取过程，完成所有位置的所有自由度的影响节点)施加单位荷载P=1;第二步:建立n个荷载步;线绘制。如图6～图8所示。(2)加固前后弯矩值对比分析。旧桥采用简支态下的剪力设计值均有所增加，因此，在提高旧桥抗变连续结构体系法加固前后，在汽车荷载作用下，T梁弯承载力的同时，还需对腹板抗剪承载力进行加固。跨中弯矩设计值对比如表2所示。4结语(1)汽车荷载作用下，加固前后边T梁的跨中表2加固前后跨中弯矩值对比弯矩值始终是最大。#结构形式跨中弯矩值/kN·m减小比例/%(2)汽车荷载作用下，加固前1T梁控制截面#简支梁851的剪力最大，加固之后3T梁的控制截面剪力最大。第一跨64024.7(3)改变结构体系后，跨中弯矩显著降低，达到连续梁第二跨53237.5了加固的目的。第三跨52338.5(4)体系改变以后，T梁的剪力有所增加，需要对T梁的腹板进行抗剪加固。由上表可知:①简支变连续结构体系加固法改变了结构的约束条件，从而使得荷载作用下结构的内力参考文献得到重新分配。跨中弯矩向两边支座移动，显著降低了跨中截面的弯矩值;②不论是简支结构状态还是加［1］蒙云，卢波．桥梁加固与改造［M］．北京:人民交通出版社，2004．固后的连续结构状态，边T梁受到的横向约束比中间［2］湛润水，胡钊芳，帅长斌．公路旧桥加固技术与实例［M］．北T梁的小，荷载作用在边T梁上时内力只能向一侧传京:人民交通出版社，2002．#递，因此，1T梁的跨中弯矩在加固前后始终是最大，［3］原泉，张松．某混凝土斜拉桥的加固设计［J］．华东公路，2003，#3T梁的最小。(5):3－5．(3)加固前后剪力值对比分析。旧桥采用简支［4］陈生年．简支变连续自应力法加固旧桥的数值分析研究［D］．大连:大连理工大学，2007．变连续结构体系法加固前后，在汽车荷载作用下，T梁［5］JTGD62－2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规控制截面的剪力设计值对比如表3所示。范［S］．［6］王文斌．在ANSYS中实现影响线计算［C］∥ANSYS中国用户表3加固前后控制截面剪力值对比论文集，2004．结构形式截面位置剪力设计值/kN增加比例/%简支梁Z=1.0m169［收稿日期］2013－04－15Z=1.0m1785.3［作者简介］辛立娟(1987－)，女，山东潍坊人，硕士研究生，从事自应力钢纤维混凝土方面的研究。连续梁Z=21.4m1774.7Z=23.0m20018.3由上表可知控制截面的剪力设计值比简支梁状