张战彪 刘前瑞
摘 要：为提高桥梁的安全性能、改善桥梁结构，以某特大桥为例进行研究，该桥是大跨度的钢-混组合箱梁结构，在目前桥梁建设中是常用结构形式。首先，利用有限元分析软件 midas civil2015，采用三维梁单元建立全桥结构模型，按照图纸设计和桥梁线性变化建立桥梁截面;然后，对不同工况下各个截面弯矩、剪力以及位移情况进行结构承载力分析。研究结果表明：计算结果均符合相关的技术标准和规范要求，结构安全可靠，证明了数值模拟方法的有效性和可行性。
关键词：钢-混组合箱梁 有限元软件 承载力分析
中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）07（c）-0043-03
桥梁在我国公路和铁路中具有重要纽带作用，随着我国经济实力的不断增强，桥梁的重要性也越来越明显，对桥梁通行承载能力的要求也越来越严格，因此对桥梁进行结构承载力分析是当前非常紧迫而必要、是及其具有实际价值和研究意义的事情。林长峰[1]利用桥梁软件Midas Civil建立桥梁结构的空间三维动力计算模型，并使用线性反应谱方法对桥梁的抗震性能进行计算分析;李琨[2]两跨钢混组合箱梁稳定性分析;张永飞[3]分析了钢混组合箱梁的徐变与剪力滞效应，通过能量变分法推导出在考虑剪切变形和剪力滞效应;孙永新，蔺鹏臻[4]考虑剪力滞效应的先简支后连续箱梁徐变效应分析，计算了受剪力滞效应影响后的徐变弯矩和应力;赵文杰[5]对桥梁抗震的设计分析，研究了桥梁的抗震设计方法;李少骏等[6]提出分析横梁受力可采用弹性支承连续梁法的实用方法;白植舟，朱柏章[7]研究在汽车荷载作用下超大跨斜拉桥的塑性区发展过程和破坏机理。
目前，学者们对钢混组合箱梁研究的主要内容是其抗弯性能和抗剪性能，对于其动力性能的研究则较少，特别是钢混组合箱梁桥，在不同工况内力作用下各截面的动力响应各不相同，所以结构受力分析非常复杂。本文利用有限元软件Midas civil2015建立了某钢混组合箱梁有限元模型，对全桥各工况下桥梁内力进行分析，为改善桥梁结构提供方法和依据。
1 工程概况
某特大桥为太行山高速公路上的特大桥梁，全桥共9联，取第三联进行分析，上部结构为30+55+40 m 先简支后连续的钢混组合箱梁结构形式，下部结构采用柱式墩桥墩和桩基础。
主梁截面采用抗剪连接器将预制开口钢箱梁和现浇预应力混凝土桥面板连接，桥梁在结构中心线位置处桥面板厚为0.3m，箱梁高度为1.9m，位于主梁结构中心线处钢箱梁的高度为等高2.2m。单幅桥面板宽为12.24m，桥面铺装厚度为等厚，桥面横坡由不等高的腹板组成。钢箱采用Q345qD钢板，桥面板采用C50无收缩钢纤维混凝土，桥面铺装采用10cm沥青混凝土。该桥梁验算采用有限元计算方法，使用Midas/civil2015计算，该模型共建立146个节点，145个单元。根据该桥结构特点和软件性能，采用三维梁单元建立结构模型，有限元模型如图1所示。
2 计算模型及荷载
2.1 控制截面的选取
根据该桥结构受力特点，选定8个控制截面，见图2。
2.2 桥梁内力和位移
计算在各工况下各截面内力响应，分别提取各控制截面剪力、弯矩和位移的数据，如表1。该桥在一期恒載作用下各截面产生内力见图3、图4，可见中跨支点弯矩、剪力最大，内力为15796.95 kN·m、-1841.64 kN。二期恒载作用下各截面最大受力位置与一期恒载基本相同。桥梁在基础沉降作用下中跨支点弯矩、边跨支点剪力最大，分别为-1023.31 kN·m 和36.36 kN;由此可见，桥梁各截面在各工况内力作用下所承受剪力、弯矩，跨中容易出现最大弯矩，边跨支点出容易出现最大剪力，在各工况内力作用下，梁体受剪力和弯矩符合要求。
选择一期恒载作用绘制位移云图如图5所示，在中跨跨中的位移最大，最大位移主要发生在桥梁中部位置，数值为：f2=-24.89mm，符合桥梁设计规范要求;在二期恒载作用下最大位移为f2=-11.08mm，出现在边跨跨中位置;温度梯度、基础沉降下位移位置基本相同，最大出现在中跨跨中附近，位移分别为：f2=-5.88mm和f2=3.64mm;桥梁横向刚度相对较差，在温度梯度和基础沉降作用下桥梁容易出现纵向位移。
3 结论
（1）通过各工况反应谱下内力响应结果可知，在各工况内力作用下，该桥主要内力有剪力、弯矩和扭矩，梁体弯矩和剪力均较大，弯矩最大主要发生在跨中部位，而最大剪力主要发生在支点位置。因此应加强桥梁跨中的刚度以及增加各支座的强度。桥梁在除结构自重内力作用下，桥面铺装和内力梯度对桥梁产生的弯矩和剪力均较大，最大弯矩为-6560.47 kN·m，最大剪力为-738.71 kN。可知该桥横向及竖向刚度较弱，应采用符合相关规定的温度变化下强度变化较小的材料以及实施减少地基沉降的措施。
（2）通过各工况作用下内力响应结果可知，受桥墩纵桥向刚度较弱的影响，在各工况内力作用下，梁体发生纵向漂移，在自重和桥面铺装工况下产生的最大位移为-24.89 mm，在地震内力作用下，桥梁位移响应并不明显。
（3）该桥采用钢混组合箱梁在外力影响下位移较小，远远小于规范规定，在自重及铺装情况下的位移下跨中弯矩、剪力较大，应在符合规范要求的基础上，采用较轻的材料进行建设和桥面铺装。
参考文献
[1] 林长峰.基于Midas Civil建模对大跨连续刚构桥的抗震分析[J].西部交通科技，2018（12）：67-70，151.
[2] 李琨.两跨钢混组合箱梁稳定性分析[J].城市道桥与防洪，2018（8）：120-123，15-16.
[3] 张永飞.钢—混组合箱梁的徐变与剪力滞效应分析[D].兰州交通大学，2018.
[4] 孙永新，蔺鹏臻.考虑剪力滞效应的先简支后连续箱梁徐变效应分析[J].应用数学和力学，2015，36（8）：855-864.
[5] 赵文杰.桥梁抗震设计分析[J].交通世界，2018（14）：130-131.
[6] 项贻强，李少骏，刘丽思，等.多梁式钢-混组合小箱梁横向受力性能[J].中国公路学报，2015，28（7）：31-41，51.
[7] 白植舟，朱柏章.超大跨混合梁斜拉桥极限承载能力研究[J].桥梁建设，2017，47（5）：36-40.
