论文部分内容阅读
【摘 要】目前，全国大部分连续钢构梁桥，主梁部分箱室均为统一数量，但是极少部分在主梁部分进行箱室数量上的变化，该变化都根据实际工程需要进行变化。本文通过实际渡水情况对变箱室主梁进行整体和局部分析、研究和探讨。
【关键词】连续钢构；变箱室；截面计算
1. 工程概况
（1）黔中水利枢纽是一座以灌溉、城乡供水为主，兼顾发电等综合利用，并为改善区域生态环境创造条件的大型水利基础设施项目。由水源工程、灌区工程、贵阳市供水和安顺市供水工程等组成。工程分二期建设，一期工程计划2015年建成，二期工程计划2020年建成。一期工程包括水源工程、一期输配水工程。
（2）其中位于总干45+244.00～46+080.00m，总长836m，渡槽设计流量17.783m3/s，加大设计流量为21.002m3/s。上接明渠，下接明渠。渡槽总体布置为5.194m进口渐变段+15m简支梁+2×50m简支梁+（100.55+2×180+100.55）m连续刚构体系+2×50m简支梁+3×15m简支梁+9.706m出口渐变段；槽身纵坡比为1：1500；连续刚构主梁为变箱变截面预应力混凝土箱梁，墩身为双肢薄壁空心墩，基础为2000mm挖孔灌注桩基础。
2. 变截面计算
（1）焦家渡槽在设计过程中，在渡槽总体布置5.194m处进口渐变，在渐变过程中，由单箱单室变化为单箱双室，单箱单室截面如图1所示，单箱双室截面如图2所示。
（2）上述两个截面为该渡槽渐变段前后两个截面的示例图，同时，我们虚拟一个和图2所示的单箱双室截面外轮廓相同尺寸的截面（如图3所示），计算该截面的截面特性，以做相对应的比较。
通过截面计算，可以得出上述三个截面的截面特性如表1所示。
（3）通过表1所示：截面1与截面2（单箱单室截面和单箱双室截面）数据比较可以得到，单箱双室截面比单箱单室的截面关于X轴和Y轴截面的抗剪面积更大，这与连续钢构桥，箱梁的尺寸的变化而引起的截面的变化引起的。但是截面2较截面1关于X轴和Y轴的惯性矩都较大，说明截面2较截面1有较大的抗弯性能。同时，截面2与截面3（即外轮廓尺寸相同的单箱单室截面和单箱双室截面）数据比较可以得到：截面2比截面3有较大的关于X轴和Y轴的抗剪面积，这与单箱双室截面比单箱单室截面多一分箱室的截面，导致截面面积更大。同时截面2比截面3有较大的关于X轴和Y轴的惯性矩，说明截面2较截面3有较大的抗弯性能。
（4）由上述比较可以得到，单箱双室比单箱双室有更好的抗弯和抗剪能力。
3. 数值解解析内容和结果
3.1 计算模型的建立。
本次数值解计算采用Midas Civil结构计算软件建立焦家渡槽的空间有限元模型。将结构离散为275个单元， 290个节点。挂篮利用软件中的挂篮系统模拟，每套挂篮划分为2个单元。结构离散图见图4。
3.2 主要计算内容和结果。
3.2.1 特征值分析。
（1）自振是指弹性系统在没有外部动力的作用下形成的振动。桥梁的自振频率与桥梁的质量和刚度有关。同时桥梁结构自振特性与结构承载能力有着一定的内在联系，自振频率与桥跨刚度结构挠度检验系数存在一定关系。通过MIDAS软件特征值分析，得到焦家渡槽的一阶频率为0.84Hz，一阶振型图见图5，二阶频率为1.33Hz，二阶振型图见图6。
（2）在该渡槽结构中，结构主要发生竖向振动，由于薄壁墩对该桥的动力特性有较大的影响，使得连续钢构桥的固有振动首先出现在刚度较小的部位。由一阶振型可以看出，跨中部位由于截面面积较小，固刚度、强度也最弱，所以在该处出现振动就较为明显，该处振幅也相应较大，这和该桥设计的几何非线性也有相应联系。同时，该渡槽从一阶频率和二阶频率来看，都比较小，说明该结构的整体刚度较差。
3.2.2 变箱室单元局部分析。
（1）该渡槽在设计过程中，在渡槽总体布置5.194m处进口渐变，在渐变过程中，由单箱单室变化为单箱双室。在流水荷载作用下，变箱室处的应力分布如表2所示。
（2）通过表2应力分布可以看出，在流水荷载作用下各截面沿竖向的应力分布情况。顶部均受到压应力，值为-1.55MPa，说明截面的变化对顶部产生影响较小。但是底部和变箱室处应力发生了相应的变化，单箱双室截面在底部和变箱室处都较单箱截面小。
4. 结论
通过对焦家渡槽整体刚度和局部应力的计算，得到该桥的在设计中，整体刚度较小。但是，在局部应力计算中，得到单箱双室比单箱单室受到的应力偏小，固在材料方面可以得到相应的优化和节省。但是在实际工程中，变箱室对施工等各方面有更高的要求，固基本没有研究和应用。
参考文献
[1] 范立础 桥梁工程 人民交通出版社 2010.
[2] 叶见曙 结构设计原理 人民交通出版社 2009.
[3] 邱顺冬 桥梁工程软件midas Civil应用工程实例 人民交通出版社 2011.
[文章编号]1619-2737（2013）10-18-512
[作者简介] 滕书发（1983.2-），男，汉族，重庆交通大学在读硕士研究生，主要从事桥梁与隧道工程方面研究。
【关键词】连续钢构；变箱室；截面计算
1. 工程概况
（1）黔中水利枢纽是一座以灌溉、城乡供水为主，兼顾发电等综合利用，并为改善区域生态环境创造条件的大型水利基础设施项目。由水源工程、灌区工程、贵阳市供水和安顺市供水工程等组成。工程分二期建设，一期工程计划2015年建成，二期工程计划2020年建成。一期工程包括水源工程、一期输配水工程。
（2）其中位于总干45+244.00～46+080.00m，总长836m，渡槽设计流量17.783m3/s，加大设计流量为21.002m3/s。上接明渠，下接明渠。渡槽总体布置为5.194m进口渐变段+15m简支梁+2×50m简支梁+（100.55+2×180+100.55）m连续刚构体系+2×50m简支梁+3×15m简支梁+9.706m出口渐变段；槽身纵坡比为1：1500；连续刚构主梁为变箱变截面预应力混凝土箱梁，墩身为双肢薄壁空心墩，基础为2000mm挖孔灌注桩基础。
2. 变截面计算
（1）焦家渡槽在设计过程中，在渡槽总体布置5.194m处进口渐变，在渐变过程中，由单箱单室变化为单箱双室，单箱单室截面如图1所示，单箱双室截面如图2所示。
（2）上述两个截面为该渡槽渐变段前后两个截面的示例图，同时，我们虚拟一个和图2所示的单箱双室截面外轮廓相同尺寸的截面（如图3所示），计算该截面的截面特性，以做相对应的比较。
通过截面计算，可以得出上述三个截面的截面特性如表1所示。
（3）通过表1所示：截面1与截面2（单箱单室截面和单箱双室截面）数据比较可以得到，单箱双室截面比单箱单室的截面关于X轴和Y轴截面的抗剪面积更大，这与连续钢构桥，箱梁的尺寸的变化而引起的截面的变化引起的。但是截面2较截面1关于X轴和Y轴的惯性矩都较大，说明截面2较截面1有较大的抗弯性能。同时，截面2与截面3（即外轮廓尺寸相同的单箱单室截面和单箱双室截面）数据比较可以得到：截面2比截面3有较大的关于X轴和Y轴的抗剪面积，这与单箱双室截面比单箱单室截面多一分箱室的截面，导致截面面积更大。同时截面2比截面3有较大的关于X轴和Y轴的惯性矩，说明截面2较截面3有较大的抗弯性能。
（4）由上述比较可以得到，单箱双室比单箱双室有更好的抗弯和抗剪能力。
3. 数值解解析内容和结果
3.1 计算模型的建立。
本次数值解计算采用Midas Civil结构计算软件建立焦家渡槽的空间有限元模型。将结构离散为275个单元， 290个节点。挂篮利用软件中的挂篮系统模拟，每套挂篮划分为2个单元。结构离散图见图4。
3.2 主要计算内容和结果。
3.2.1 特征值分析。
（1）自振是指弹性系统在没有外部动力的作用下形成的振动。桥梁的自振频率与桥梁的质量和刚度有关。同时桥梁结构自振特性与结构承载能力有着一定的内在联系，自振频率与桥跨刚度结构挠度检验系数存在一定关系。通过MIDAS软件特征值分析，得到焦家渡槽的一阶频率为0.84Hz，一阶振型图见图5，二阶频率为1.33Hz，二阶振型图见图6。
（2）在该渡槽结构中，结构主要发生竖向振动，由于薄壁墩对该桥的动力特性有较大的影响，使得连续钢构桥的固有振动首先出现在刚度较小的部位。由一阶振型可以看出，跨中部位由于截面面积较小，固刚度、强度也最弱，所以在该处出现振动就较为明显，该处振幅也相应较大，这和该桥设计的几何非线性也有相应联系。同时，该渡槽从一阶频率和二阶频率来看，都比较小，说明该结构的整体刚度较差。
3.2.2 变箱室单元局部分析。
（1）该渡槽在设计过程中，在渡槽总体布置5.194m处进口渐变，在渐变过程中，由单箱单室变化为单箱双室。在流水荷载作用下，变箱室处的应力分布如表2所示。
（2）通过表2应力分布可以看出，在流水荷载作用下各截面沿竖向的应力分布情况。顶部均受到压应力，值为-1.55MPa，说明截面的变化对顶部产生影响较小。但是底部和变箱室处应力发生了相应的变化，单箱双室截面在底部和变箱室处都较单箱截面小。
4. 结论
通过对焦家渡槽整体刚度和局部应力的计算，得到该桥的在设计中，整体刚度较小。但是，在局部应力计算中，得到单箱双室比单箱单室受到的应力偏小，固在材料方面可以得到相应的优化和节省。但是在实际工程中，变箱室对施工等各方面有更高的要求，固基本没有研究和应用。
参考文献
[1] 范立础 桥梁工程 人民交通出版社 2010.
[2] 叶见曙 结构设计原理 人民交通出版社 2009.
[3] 邱顺冬 桥梁工程软件midas Civil应用工程实例 人民交通出版社 2011.
[文章编号]1619-2737（2013）10-18-512
[作者简介] 滕书发（1983.2-），男，汉族，重庆交通大学在读硕士研究生，主要从事桥梁与隧道工程方面研究。