摘要：本文以某公路桥为对象，通过对midas有限元理论进行充分应用，构建起三维仿真分析结构和计算方法，就大桥连续刚构结构计算应用进行具体论述和分析。
关键词：连续刚构结构；计算应用；桥梁工程
引言：某公路桥设计时速在每小时100公里，主要形态为空心薄壁大跨度连续钢构。因此，对于设计施工人员来讲，应用合理化的方法、进行桥梁线型的合理化控制，通过对连续钢构体系的MIDAS分析和计算，可以进一步保障设计施工的质量和安全性，降低设计施工成本，提升桥梁今后使用的经济效益和社会价值[1]。
一、桥梁工程的主要概况
某公路桥梁主桥为70+130+70m预应力混凝土连续钢构桥，主梁为单箱单室预应力混凝土直腹板箱形梁，主梁根部梁高7.5m，跨中部梁高3m，箱梁高度按1.8次抛物线变化；主梁采用C50耐久性混凝土，主墩采用等截面薄壁矩形空心墩，主墩承台采用整体式，桩基采用Φ200cm嵌岩桩，与引桥过渡墩采用柱式墩，桩基采用Φ200cm嵌岩桩[2]。
二、结构尺寸拟定
根据国内以成桥资料及《梁桥》等有关连续钢构截面形式及尺寸选择的相关内容，拟定该桥主梁尺寸如下[3-4]：
箱梁顶宽在20m以下时基本采用单室箱，并且综合考虑施工方便因素，该桥采用单箱单室预应力混凝土直腹板箱形梁，顶板宽12m，底板宽7m。
大跨度预应力混凝土连续钢构一般采用变高度的箱型截面形式，其中墩顶处梁高与最大跨径的关系：梁高为主跨跨径的1/16～1/18，取L/17.33，即130/17.33=7.5m；跨中处梁高与最大跨径的关系：梁高为主跨跨径的1/40～1/50，取L/43.33,即130/43.33=3m。
箱梁顶板厚度最小为0.28m，该桥箱梁顶板厚度除0＃块部分为0.45m外，其余梁段为0.3m；底板厚度考虑箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚至箱梁根部，底板厚度一般可取根部梁高的1/10～1/12，约为32～120cm，该桥箱梁底板厚度从跨中的0.32m按1.8次抛物线变化到箱梁根部的0.85m；腹板厚度一般为40～100cm，箱梁刚度宜尽可能的渐变，在腹板突变处也宜设置渐变段，渐变段以一个梁段为宜，故该桥箱梁腹板厚度在0＃块部分为1m，2＃～8＃梁段为0.7m，11＃～18＃梁段为0.45m，9＃～10＃梁段为腹板变化段。
考虑到箱形截面抗扭刚度较大，故该桥仅在0＃块部分设置两道横隔板，每道横隔板厚度为0.7m，端横梁厚1.5m。
连续钢构合拢段的长度在满足施工要求的情况下，应尽量缩短，以便于构造处理，一般取1.5～3m,该桥取2m。
三、结构计算与分析
本桥采用Midas Civil 2010进行全桥成桥分析和施工阶段分析，主梁按全预应力混凝土构件进行设计。
本次计算考虑的荷载组合包括基本组合、长期组合、短期组合、弹性应力验算组合，分别对该桥主桥进行了上部结构持久状况验算、上部结构短暂状况验算及主桥下部结构验算。
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（1）上部结构持久状况验算：
1）承载能力极限状态验算：
经计算，正截面抗弯包络图中最大为1.4808e+012，最小为-1.4808e+012；斜截面抗剪包络图中最大为4.3182e+007，最小为-4.3150e+007，由此可知主梁正截面抗弯、斜截面抗剪验算满足要求。
2）正常使用极限状态验算：
经计算，在最不利荷载组合下，正截面拉应力最大值仅在0#块横隔板处出现，其值为0.5Mpa，其余截面均为压应力，而横隔板处受力复杂，配有三向预应力，且该拉应力值偏小，可以满足要求；斜截面拉应力最大值也为0.5Mpa，小于1.06Mpa，符合要求。
3）主梁挠度验算：
经计算，该桥的竖向挠度最大值为11cm，并且考虑长期增长系数（1.425）的影响为15.67cm，小于计算跨径的1/600，挠度验算满足要求。
4）应力验算：
经计算，最不利荷载组合下，该桥混凝土最大压应力14.0Mpa，小于0.5fck=16.2MPa；预应力最大拉应力为1183Mpa，小于0.65 fpk=1209MPa；斜截面主压应力最大值为14Mpa，小于0.6fck=19.44MPa，均满足规范要求。
（2）上部结构短暂状况验算：
在最大双悬臂同步施工情况下，经计算，主梁及墩的上缘最大压应力为9.4Mpa，未出现压应力；下缘最大压应力为8.4Mpa，小于混凝土最大压应力≤0.7fck=22.68MPa；悬臂端部很小范围内出现0.2Mpa拉应力，小于混凝土拉应力≤0.7ftk=1.86MPa，可见上、下缘应力均符合规定。
（3）下部结构验算：
主墩混凝土强度等级为C40，其混凝土抗压强度设计值为18.4MPa，抗拉强度设计值为1.65MPa。
在最不利荷载组合下，主墩混凝土下缘最大压应力为9.6Mpa，满足要求；最大拉应力为2.1Mpa，出现在主墩底截面，按偏压构件进行设计计算，外侧配2层直径Φ28的螺纹钢，内侧配一层直径Φ25的螺纹钢，通过对最不利单元的偏压承载力计算知，该配筋满足要求。
根据计算结果显示，结构尺寸拟定合理。
四、结论
通过以上某公路桥梁为例子，构建Midas有限元软件三维分析模型，可以科学的计算出连续钢构体系结构实际受力状态，分析出各个施工阶段及成桥阶段最不利的受力部位和最大变形，从而用来指导设计与施工，提升设计施工的质量和水平，为保障该类桥梁应用的安全性发挥出重要价值[5]。
参考文献：
[1]叶见曙主编.结构设计原理[M].人民交通出版社,1997.
[2]CSIC-JT.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范:JTG D62-2004[S].2004.
[3]公路桥涵设计通用规范:JTJ 021-1989[S].1989.
[4]刘效尧，徐岳主编.梁桥 第2版[M].人民交通出版社,2011.
[5]陈亮.连续刚构桥梁施工控制[J].科技资讯,2015(12):127.
论文作者:耿传鹏
论文发表刊物:《基层建设》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/11
标签：截面论文; 应力论文; 混凝土论文; 组合论文; 腹板论文; 预应力论文; 结构论文; 《基层建设》2017年第26期论文;