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装配式预应力混凝土连续箱梁桥计算模拟方法研究贾舒阳1，张文1（内蒙古交通设计研究院有限责任公司，内蒙古呼和浩特，010010）摘要：装配式预应力混凝土连续箱梁桥广泛应用于桥梁建设中，目前该类桥梁的简化计算分析方法尚未有较成熟的研究结论，本文结合某已建装配式预应力混凝土连续箱梁桥的验算分析，探讨该类桥梁的计算模拟方法，或可为该类桥梁的建模分析提供参考。1研究背景装配式预应力混凝土连续箱梁桥，因其“可工厂批量预制、方便施工”的优点，广泛应用于桥梁建设中，是目前国内使用最多的一种桥梁结构。目前该类桥梁的计算分析多基于梁格法理论建立模型，仅考虑横梁及主梁对箱梁整体受力的贡献，这种模拟方式不甚准确，而湿接缝如何模拟、桥面现浇层对结构的贡献如何考虑，这些问题目前并未有太多研究。本文结合某已建装配式预应力混凝土连续箱梁桥的验算分析，利用MIDAS/CIVIL进行建模分析，探讨该类桥梁的计算模拟方法。该桥上部结构为装配式预应力混凝土连续箱梁桥，桥宽12.25m，跨径5-20m，由4根单箱单室小箱梁装配组成，梁高1m，现浇湿接缝宽度66cm，桥面现浇层10cm，桥面沥青混凝土铺装7cm，墩顶位置设置宽度为1m的中横梁，箱梁滑动端设置宽0.5m的端横梁。该桥设计荷载标准为汽-超20级、挂车-120级，桥面设混凝土防撞墙，单向2车道。施工顺序为：架梁→现浇湿接缝→现浇中横梁→现浇端横梁→现浇桥面现浇层→铺设桥面沥青混凝土。其中，桥面现浇层在中横梁上方设置剪力筋且配置纵横向加强筋，桥面现浇层与中横梁联成整体，浇注中横梁时，中横梁与上方桥面现浇层一次浇筑成型，而其余部分桥面现浇层仅配置抗裂钢筋网，未设置剪力筋。240274101074169016107416901610图1预制中梁跨中截面（单位：cm）240274101074169016107416901610图2预制边梁跨中截面（单位：cm）6624027427466240661225图3跨中典型横断面（单位：cm）2建模方法常用的此类桥梁空间有限元建模方法有梁格法、实体单元法等。（1）梁格法：该方法建模较直观，易于理解，缺点是如何梁格特性选用得准确程度直接影响计算结果的准确性。（2）实体单元法：实体单元法计算结果较接近实际受力状态，但其计算方法复杂，建模需耗费较多时间，不太适合设计人员使用。综上分析，本次验算采用梁格法进行建模分析。3有限元建模过程（模型一）本次计算分析采用MIDAS/CIVIL进行，采用梁格法建模，箱梁典型断面如图4-图6。（1）考虑湿接缝对箱梁纵向刚度的贡献，在建立箱梁截面时，翼缘部分加入了湿接缝的宽度；（2）考虑到桥面现浇层对中横梁刚度的贡献，同时考虑到此次为桥梁验算，应偏于实际考虑，根据现场检测报告，桥面现浇层完好无损，可视为整体参与受力，故建模时，中横梁截面加高10cm以计入桥面现浇层对刚度的贡献；（3）考虑到中横梁、端横梁及湿接缝在箱梁受力过程中起着横向联系的作用，横向联系模拟的准确与否对结构受力有着较大的影响，故分析中重点考虑了横向联系的模拟方式：在墩顶及箱梁滑动端建立横向单元，截面分别采用图6、图7所示尺寸。其余部分，箱梁每隔1m设置一道横向联系，截面赋予图8所示尺寸，以模拟湿接缝对箱梁的横向刚度的贡献。（4）模型全部截面均输入了普通钢筋分布情况，以充分考虑普通钢筋对截面刚度的贡献。（5）赋予上述单元C50混凝土特性，其中湿接缝重量已在纵向截面中考虑，故横向湿接缝单元其材料特性为C50（重度=0）。（6）施工阶段设置为：架梁（设置临时支座支承）→现浇湿接缝→现浇中横梁→现浇端横梁→设置永久支座、拆除临时支座→浇筑防撞墙→现浇桥面现浇层（除中横梁顶端部分）→铺设桥面沥青混凝土。成桥状态桥梁计算模型如图9所示。306100307100101030710020图4模型中中梁跨中截面（单位：cm）306100307100101030710020图5模型中边梁跨中截面（单位：cm）306100307100101030711020图6模型中中横梁纵向截面（单位：cm）10011050110图7模型中中横梁横向截面（单位：cm）10011050110图7模型中端横梁横向截面（单位：cm）10100图8模型中现浇湿接缝横向截面（单位：cm）图9模型一成桥状态计算模型4有限元建模过程（模型二）考虑到如今该种桥型计算分析中，通常不考虑湿接缝对横向刚度的贡献，模型二与模型一基本一致，但未建立横向湿接缝单元。成桥状态计算模型如图10所示。4计算结果及分析利用模型一验算发现，汽-超20级荷载作用下：第4跨中梁跨中1m范围内截面底部开裂且抗剪强度不足；中横梁截面尺寸偏小，该部分配筋率较高，其抗力虽满足要求，但由于中横梁处于超筋状态，依然会产生斜向裂缝。利用模型二验算发现，汽-超20级荷载作用下：第4跨中梁跨中5m范围内截面底部开裂且抗剪强度不足；中横梁截面尺寸偏小，该部分配筋率较高，其抗力虽满足要求，但由于中横梁处于超筋状态，依然会产生斜向裂缝；中横梁横向抗裂刚度不足，梁底开裂。该桥检测表明：该桥第4跨跨中0.8m范围内截面底部开裂，墩顶中横梁梁体斜向裂缝较多。经对比可发现，模型一验算结论与桥检报告接近，该模拟方法更接近箱梁的实际受力状态。5结语湿接缝对装配式预应力混凝土连续箱梁的受力有一定影响，在计算分析中，宜适当考虑湿接缝的横向刚度，以使计算结果更加接近实际受力状态。参考文献[1]蒋欣，蒋丽，董业伟.MIDAS/Civil分体式小箱梁湿接缝模拟方法.城市道路与防洪，2012