中等跨径Y腿刚构桥结构优化分析

中等跨径Y腿刚构桥结构优化分析摘要：结合某中等跨径预应力砼Y腿刚构桥工程实例,建立桥梁有限元模型,通过比较其在成桥状态下结构内力随斜腿夹角、斜腿尺寸等结构参数变化而改变的趋势，从内力水平指标上对桥梁结构进行优化分析,为这类桥梁的结构设计提供参考。关键词：中等跨径Y腿刚构桥结构优化空心断面斜腿夹角斜腿尺寸中图分类号：U448.23文献标识码：A文章编号：Y腿刚构桥是近几年发展起来的一种新型结构桥梁。这种形式的桥梁用料经济,适用范围广阔，能满足各种跨径的需求；且结构新颖、大气，线条优美、简洁,它给人一种有力却又柔美的视觉享受，能够满足人们对于城市桥梁的审美需要，具有一定的欣赏价值；城市桥梁设计中有较多的采用,具有广阔的技术发展前景。鉴于本类型桥梁受力状况除了与跨径布置有关之外,还与结构各部分的刚度、斜腿的夹角、Y腿各部分的尺寸等结构参数有关,结构某参数不合理可能会导致整个结构受力不合理。所以对各部位尺寸的拟定要优化比较，慎重确定。本文结合宁波市北仑黄山路西延工程2号桥，对不同结构参数下桥梁的受力情况进行分析对比，为同类桥梁项目的设计提供一些建议和参考。1、工程概况宁波市北仑黄山路西延工程2号桥桥长80m，是跨径布置为21+38+21m的Y腿预应力砼连续刚构桥。桥梁宽度44m。主梁采用多孔预应力连续板梁，板梁及桥墩采用C50砼。桥梁上部结构：桥梁分为南北两幅，单幅桥等宽22.3m,板梁两侧各设一个悬臂，悬臂长度分别为65和70cm。板梁内每隔55cm设一个孔洞，采用315mm的PVC-U市政双壁波纹管成孔。主梁端部及跨中梁高0.8m，“Y”型墩上桥墩桩号处主梁梁高0.9m，“Y”型墩与主梁相连处梁高141cm，墩顶主梁梁高呈圆弧线变化，半径为13.476m，边跨及中跨墩梁连接处半径为18.0m。桥面横坡通过主梁整体倾斜形成。桥梁下部结构：“Y”形桥墩，桥墩竖腿顺桥向宽0.8m，两个与主梁相连的“V”型结构厚0.7m，采用墩梁固结体系；桥墩承台厚2m，基础采用钻孔桩基础，钻孔桩直径1.2m；桥台为重力式桥台，钻孔桩直径0.8m。图1桥梁立面布置图图2跨中断面图2、结构计算对比2.1、计算模型采用支架法施工，具体施工顺序为：下部结构施工搭设支架浇筑Y型墩斜腿张拉Y腿中平衡粗钢筋浇筑Y形墩顶混凝土张拉桥墩预应力浇筑剩余部分混凝土张拉通长预应力拆除支架桥面系施工。利用Midas建立空间单元分析模型，共划分为1108个单元，1395个节点，承台采用实体单元模拟，余均以梁单元模拟。结构计算中施工工序按桥梁实际施工工序建模，桥墩及主梁采用C50砼，承台及桩采用C30砼，混凝土的收缩徐变模式按规范的规定取用，计算模型如下图所示。图3计算模型2.2、结构参数的选择为分析桥梁上部结构断面、斜腿的夹角角度、斜腿厚度对结构内力的影响，进行以下工况时成桥状态下的计算分析：上部梁板断面空心和实心；斜腿的夹角角度从80130变化，步差10；斜腿的厚度从50cm90cm变化，步差10cm；除计算工况外，结构其余参数不变。2.3、计算结果及分析2.3.1、上部梁板断面空心和实心上部梁板断面的空心与否影响到上部结构的刚度、恒载的重量，以下为两种工况下的断面参数对比：表1主梁是否空心断面时结构参数表以下为两种工况下成桥状态时主要截面的计算结果对比：表2主梁是否空心时桥梁内力表由表1可看出，主梁是否空心对断面的刚度变化影响不大，仅为2，基本可忽略，但是对上部主梁的自重影响却达到了16.9。由表2的内力对比可知，空心断面下结构主要截面的内力均有较大幅度的降低，对主梁上的弯矩影响在12.5左右，而对V腿内力影响也基本均在10以上，如此大的变化幅度显然对结构配筋构成不可忽视的影响，因此建议本类型桥梁断面取空心断面，优化结构、减少配筋。2.3.2、斜腿夹角角度变化桥墩斜腿夹角角度影响到结构的线形，结构的受力状况由此受到影响。以下表格为斜腿夹角变化时桥梁内力变化对比：表3斜腿夹角角度变化时桥梁内力表以表3表明，对于中等跨径的Y腿刚构桥，斜腿夹角的角度增大对跨中及V腿的受力总体而言有明显的改善，且趋向性较为明显。但角度的不断增大对V腿下端靠近跨中侧的弯矩会反向的迅速增大，影响了结构下部的受力状况，增加了配筋的难度。本桥结合考虑了桥梁的景观特点，从美学角度选取夹角120做为桥梁方案。2.3.3、斜腿厚度变化桥墩斜腿厚度影响到结构墩梁的刚度比，进而使结构各部分内力状况产生变化。以下表格为斜腿厚度变化时桥梁内力变化对比：表4斜腿厚度变化时桥梁内力表以表4显示，随着斜腿厚度的增厚，上部主梁跨中弯矩有向支墩顶转移的趋势，但幅度较小，每增大10cm仅有2左右的变化幅度；但对V腿特别是跨中侧弯矩变化影响较大，上端弯矩每步差增幅从44.6到16.3变化，而下端弯矩每步差增幅亦在12左右，对V腿配筋有不可忽略的影响。由此可见，在保证结构各部分尺寸协调、线形美观的前提下，斜腿厚度宜薄。3、结论对以上计算结果比较，可以得到以下结论：（1）上部梁板断面的空心与否对主梁刚度影响不大，但对主梁及桥墩的内力影响较大，建议本类型桥梁断面取空心断面，优化结构、减少配筋。（2）斜腿夹角角度增大对桥梁结构的受力有明显的改善，建议中等跨径Y腿刚构桥斜腿角度宜取大值。（3）斜腿厚度影响到结构墩梁的刚度比，根据计算对比，中等跨径本类型桥梁斜腿