1 工程簡介 某輕軌高架橋,設計區間總長為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預制裝配式預應力混凝土簡支梁橋,采用等高度雙線整體式預應力混凝土槽形梁截面.橋墩采用T形墩,基礎采用鉆孔灌注樁. 槽形梁是一種下承式受力構件,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縱向主梁.主梁內配有高強預應力鋼筋,抵抗橋跨結構由外荷載產生的彎矩.槽形梁具有增加橋下凈空、減少建筑高度、兩側主梁可提供隔音屏作用、縮短施工工期及降低使用期內的費用等優點.槽形梁的具體尺寸見圖1. 2 一般計算方法 2.1 主梁內力計算 對于主梁內力的計算,傳統的方法是將主梁簡化為一般的簡支受力體系,采用結構力學的方法進行計算. (1)恒載內力:包括一期恒載(槽形梁自重)及二期恒載(65kN/m)作用下的內力.計算簡圖如圖2所示. (2)活載內力:列車活載按6節車輛編組計算, 重車和空車軸重分別為140kN和70kN.考慮到該輕軌為雙線,依據《地鐵設計規范》(GB50157—2003)[1],雙線時應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. 主梁內力計算結果匯總于表1. 2.2 道床板內力計算 道床板按單向板進行計算[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寬的板條進行計算.計算結果列于表2. 3 電算分析方法 以上計算主梁內力的傳統方法,采用了相應的簡化假設,實際上是在忽略主梁截面尺寸影響的前提下進行的.但實際上槽形梁是一個空間的結構,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設計軟件,正是將主梁作為空間整體分析,可以充分反應橋梁結構的空間效應.為了做一比較,同時檢驗傳統計算結果的準確性,筆者采用Midas設計軟件對主梁內力進行了相應的計算. 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構.為便于結構的模型化,首先依據下列原則對截面進行換算: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構,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,即可進行內力分析.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換算為面荷載進行加載. 3.2 電算結果分析 由于荷載及結構的對稱性,各種荷載作用下板單元的橫向彎矩值可只取結構的一半進行觀察.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 從電算的結果可看出,各板單元在豎向荷載作用下不僅會發生雙向彎曲和扭轉,而且由于共同工作還引起拉伸變形.而腹板處的板單元則受法向應力、剪切和扭、彎共同作用,總的來說槽形梁比一般上承式梁的工作狀態要復雜的多. 對兩種方法的計算結果對比分析后發現,它們之間存在一定的差別.無論哪種荷載情況,手算結果均比電算結果大,各種荷載作用下橫向彎矩值沿梁長方向的變化趨勢也不相同.總體而言,利用手算的結果進行配筋計算,是偏安全的處理方法.差異的主要原因在于以下幾個方面: (1)在電算分析中,將結構作為一個整體,其結果是由共同作用產生的;而手算時則不能很好地體現這種共同作用,故導致計算結果偏大. (2)在電算分析中,結構跨中部分的板單元受到的是相鄰板單元的約束,而端部的板單元受到的是支座與端橫梁的約束,兩種約束條件不同.這就使得荷載作用下,單元的彎矩值沿梁長的變化趨勢在跨中與 端部并不相同. (3)由于槽形梁實際上是一種梁、板組合的空間整體結構,而角隅部分又是梁、板的連接處,結構復雜.但由于軟件本身的特點,使得電算對結構在角隅處的分析結果并不是太理想,從而也導致兩種方法在角隅處的計算結果有出入.為保證電算中角隅部分的計算精度,應將角隅部分單獨取出,作進一步的細部分析計算. 5 結論 總結上述的分析結果可知,兩種計算方法各有自己的優缺點.電算的關鍵在于建立一個與實際較為接近的模型;同時應采用多種軟件進行計算分析和比較.而手算的關鍵在于所依據的理論是否可靠,采用的設計計算方法是否正確可行. 由于槽形梁構造復雜,理論研究還不夠成熟,而目前已建成的實例也較少.依據以上分析研究,給出以下幾點建議: (1)手算所得主梁內力均偏大,應適當結合電算方法綜合確定. (2)手算道床板內力時,沿梁全長均采用單位板寬的計算值,偏于安全,浪費材料.應該依據力的變化趨勢進行配筋計算,從而達到減少鋼材用量,降低成本的目的. (3)今后,應在試驗及理論方面加強對槽形梁角隅部分的研究.同時在設計計算中應加強角隅部分的設計,并進行相關的驗算. 參考文獻: [1]GB50157—2003,地鐵設計規范[S].北京:中國鐵道出版社,2003. [2]TB10002.3—99,鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范[S].北京:中國鐵道出版社,1999. [3]黃劍源,謝旭.城市高架橋的結構理論與計算方法[M].北京:科學出版社,2001. [4]朱一凡,劉海鳳.支座轉動約束對連續梁內力的影響及顯式表示[J].青島建筑工程學院學報,1998,19(3):23-26. [5]王玉田,馬培建,章偉,等.某半剛構—連續箱梁特大橋施工監控技術[J].青島理工大學學報,2006,27(4):14-18. [6]徐艷秋.圓心角對預應力砼曲線連續梁彈塑性力學的影響[J].青島理工大學學報,2006,27(1):64-67. 信息來源于：中國城市軌道交通網