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湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院江城分院 湖北武漢 430100 摘要：本文根據(jù)最新《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362-2018）（以下簡稱“新公橋規(guī)”）中增加的整體式斷面橋梁抗傾覆驗(yàn)算相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合工程實(shí)例，給出了利用有限元計(jì)算軟件進(jìn)行橋梁抗傾覆驗(yàn)算簡明實(shí)用的計(jì)算方法，使橋梁設(shè)計(jì)人員對新公橋規(guī)下橋梁抗傾覆計(jì)算方法有更清晰的設(shè)計(jì)思路。 關(guān)鍵詞：橋梁；新規(guī)范；曲線橋梁；抗傾覆計(jì)算；有限元軟件 1工程實(shí)例計(jì)算 本文以462省道恩施市趙家灣至紅土段改擴(kuò)建工程中的干溝中橋進(jìn)行計(jì)算分析，該橋跨徑為3x16m，位于圓曲線上，曲線半徑30m，橋梁全寬11.5m，上部采用單箱雙室室直腹板截面鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，梁高1.40m ，梁頂寬11.5m，梁底寬7.5m。本橋?yàn)榈湫偷男“霃角€箱梁橋梁，需進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算。 根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTG3362-2018 4.1.8條規(guī)定持久狀況下，梁橋不應(yīng)發(fā)生結(jié)構(gòu)體系改變，并應(yīng)同時(shí)滿足下列規(guī)定： 1 在作用基本組合下，單向受壓支座始終保持受壓狀態(tài)。 2 按作用標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行組合時(shí)（按本規(guī)范第7.1.1條取用），整體式截面簡支梁和連續(xù) 梁的作用效應(yīng)應(yīng)符合下式要求：  式中：kqf ——橫向抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)，取kqf =2.5；  ——使上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的效應(yīng)設(shè)計(jì)值； ——使上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的效應(yīng)設(shè)計(jì)值。本次按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTG3362-2018條文說明4.1.8條提供的驗(yàn)算方法進(jìn)行橋梁抗傾覆驗(yàn)算。 傾覆過程存在2個明確特征狀態(tài)：在特征狀態(tài)1，箱梁的單向受壓支座開始脫離受壓； 在特征狀態(tài)2，箱梁的抗扭支承全部失效。參考國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范，采用這兩個特征狀態(tài)作為抗傾覆驗(yàn)算工況。 1 針對特征狀態(tài)1，作用基本組合下，箱梁橋的單向受壓支座處于受壓狀態(tài)。 2 箱梁橋同一橋墩的一對雙支座構(gòu)成一個抗扭支承，起到對扭矩和扭轉(zhuǎn)變形的雙重約束；當(dāng)雙支座中一個支座豎向力變?yōu)榱?、失效后，另一個有效支座僅起到對扭矩的約束，失去對扭轉(zhuǎn)變形的約束；當(dāng)箱梁的抗扭支承全部失效時(shí)，箱梁處于受力平衡或扭轉(zhuǎn)變形失效的極限狀態(tài)，即達(dá)到特征狀態(tài)2。對特征狀態(tài)2，參考擋土墻、剛性基礎(chǔ)的橫向傾覆驗(yàn)算，采用“穩(wěn)定作用效應(yīng) ≥ 穩(wěn)定性系數(shù)×失穩(wěn)作用效應(yīng)”的表達(dá)式。  圖1特征狀態(tài)2時(shí)的有效支座示意 箱梁橋處于特征狀態(tài)2時(shí)，各個橋墩都存在一個有效支座，如圖1。穩(wěn)定效應(yīng)和失穩(wěn)效應(yīng)按照失效支座對有效支座的力矩計(jì)算： 穩(wěn)定效應(yīng)：  失穩(wěn)效應(yīng)：  式中：  ——第i 個橋墩處失效支座與有效支座的支座中心間距； ——在永久作用下，第i 個橋墩處失效支座的支反力，按全部支座有效的支承體系計(jì)算確定，按標(biāo)準(zhǔn)值組合取值； ——在可變作用下，第i 個橋墩處失效支座的支反力，按全部支座有效的支承體系計(jì)算確定，按標(biāo)準(zhǔn)值組合取值，汽車荷載效應(yīng)（考慮沖擊）按各失效支座對應(yīng)的最不利布置形式取值。綜合可知求解穩(wěn)定效應(yīng)即需求出成橋狀態(tài)下橋梁恒載對應(yīng)的支座反力，這一步比較簡單，通過手算可以得到或建立有限元模型運(yùn)算后直接查取。 而求解失穩(wěn)效應(yīng)則需要求解曲線各墩頂內(nèi)側(cè)支座在活載作用下，某一個支座反力最小時(shí)對應(yīng)的最不利布載下，全橋所有支座活載引起的支反力。（例如在使得0-2支座活載引起的支反力最小的最不利布載情況下，對應(yīng)的0-1、0-2、1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2支座由活載引起的支反力數(shù)值） 這里我們可以通過MidasCivil軟件里面的移動荷載追蹤器，選擇汽車荷載工況下，曲線橋內(nèi)側(cè)某個支承節(jié)點(diǎn)，根據(jù)移動荷載分析生成選中支承節(jié)點(diǎn)處反力最小值，利用“輸出最小/最大荷載文件”功能，在完成影響線或者影響面分析后，將移動荷載工況產(chǎn)生的最大或者最小值結(jié)果轉(zhuǎn)化為靜力荷載，生成MCT文件。然后利用MCT工具欄導(dǎo)入運(yùn)行移動荷載轉(zhuǎn)化為靜力荷載的MCT文件，將縱向靜力模型再次運(yùn)行后，查看對應(yīng)的荷載組合下的支反力，即為某個支座反力最小時(shí)，對應(yīng)全橋各個支座的反力值。以此類推，曲線橋內(nèi)側(cè)有幾個支座，我們就可以得到幾組數(shù)值。這些支座反力數(shù)值就是我們需要求解的失穩(wěn)效應(yīng)  。下面結(jié)合實(shí)際工程算例對這個方法進(jìn)行詳細(xì)描述，干溝中橋?yàn)榍€梁，采用空間有限元程序建立縱向靜力模型，對結(jié)構(gòu)的施工階段和運(yùn)營階段均進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)以及正常使用極限狀態(tài)的計(jì)算。 全橋共劃分47個節(jié)點(diǎn)，46個橋面元，8個永久支撐元，結(jié)構(gòu)計(jì)算模型及特征狀態(tài)2時(shí)的有效支座示意如下圖：  圖2干溝中橋特征狀態(tài)2 時(shí)的有效支座示意 模型建立完畢運(yùn)算后，我們從主菜單中選擇結(jié)果 >移動荷載結(jié)果 >移動荷載追蹤器 >反力。 荷載工況選擇MVmin，支撐節(jié)點(diǎn)輸入0-2#支座對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)號，反力類型選擇“FZ”，點(diǎn)擊“適用”后再點(diǎn)擊“輸出最小/最大荷載文件”即可得到使得0-2#支座反力達(dá)到最小時(shí)的移動荷載布載形式轉(zhuǎn)化為的MCT文件，運(yùn)行此MCT文件后可查看對應(yīng)荷載工況下的全橋支座反力 如下： 圖3 按照相同的方法我們可以以此求取 ，，。然后可以按規(guī)范公式利用求取得到的失穩(wěn)效應(yīng)值與穩(wěn)定效應(yīng)值并求取抗傾覆系數(shù)。2結(jié)論 經(jīng)多個工程實(shí)例的計(jì)算，本文介紹的方法緊密貼合最新《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362-2018）對橋梁的抗傾覆驗(yàn)算的方法及理論，在建立上部縱向靜力模型的同時(shí)經(jīng)過簡單的操作即可完成橋梁的抗傾覆驗(yàn)算，方法簡明實(shí)用，提高工作效率的同時(shí)，使橋梁設(shè)計(jì)人員對新公橋規(guī)下橋梁抗傾覆計(jì)算方法有更清晰的設(shè)計(jì)思路。 參考文獻(xiàn)： [1]高樹明.彎橋抗傾覆分析.內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸，2013年第5期,22~24頁 [2]孫廣華.曲線梁橋計(jì)算[M]北京；人民交通出版社，1995. 作者簡介：陳楊（1993－）、男、麻城、助理工程師、學(xué)士、湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院江城分院。 |
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